Ректификационная колонна это: Ректификация нефти и ректификационная колонна на установках НПЗ

Ректификационная колонна – применение, принцип работы и виды

Ректификационная колонна нужна для приготовления качественного спирта путём тепло-массообменных процессов. Первые прототипы этого устройства появились в XVI веке. С тех времён конструктив ректификационной колонны почти не менялся. Это высокая, вертикальная царга, переходящая в дефлегматор с холодильником. Устройство для отбора спирта находится примерно на высоте 2/3 колонны. Часто имеет собственный охладитель.

Современные ректификаторы для домашнего использования позволяют получить спирт крепостью 96,6°. В отличие от дистилляции, ректификация достигает этих показателей уже с первого перегона спирта-сырца. Это чистый продукт, без вкуса, запаха. Позволяет добыть весь спирт, что есть в жидкости. Потери минимальны: 1-3 %. Это значит, что «головы» и «хвосты» тоже можно переработать в ректификационной колонне и получить качественный, отчищенный продукт. Но колонна не заменяет дистиллятор, а скорее дополняет его.

Принцип работы

В перегонный куб заливается спирт-сырец (около 40°) на 2/3 объёма. При нагревании спиртовые пары поднимаются вверх по колонне. В первичном дефлегматоре они частично охлаждаются, конденсируются и стекают по стенкам обратно в перегонный куб. Эта смесь называется Флегма. Более легкие фракции следуют в дефлегматор выше, где происходит окончательное разъединение жидкостей на дистиллят и фракции с низкой температурой кипения.

Здесь и заключается главный принцип работы ректификационной колонны – когда флегма стекает, она контактирует с паром, обмениваясь веществами с высокой и низкой температурой кипения, затем флегма снова нагревается в кубе, становится паром, образуя цикличный процесс. Вначале дистиллят не отбирают, чтобы набрать достаточное флегмовое число – количество флегмы по отношению к массе дистиллята.

Когда процесс стабилизируется (температура не меняется более 10 минут), в верху колонны скапливаются фракции с самой низкой температурой кипения (этиловый спирт, эфиры, уксусный альдегид, метиловый спирт), а внизу с высокой (сивушные масла). Можно начинать отбор «голов», «тела» и «хвостов». В отличие от дистилляции, здесь фракции чётко отделены друг от друга – вещества не пересекаются, даже если есть разница в температуре кипения хотя бы на десятую долю градуса.

Виды ректификационных колонн

Чем больше площадь контакта флегмы и пара, тем качественнее продукт. Поэтому пустотелые царги заполняют. По типу заполнения ректификационные колонны делятся на два типа:

• Тарельчатые – могут быть просто решётчатыми дисками или в виде системы с клапанами. Они качественней, «тоньше» разделяют фракции. Но из-за высокой стоимости и больших габаритов такой тип устройства применяются преимущественно в промышленности.

  Колонна в виде системы с клапанами Колонна с решётчатыми дисками

• Насадочные – заполняются регулярной (РПН) или нерегулярной насадкой (СПН). Первый вариант представляет собой скрученную в рулон дорожку из металлических волокон, многие её заменяют обычной стальной губкой для посуды.

  Спирально-призматическая насадка это много маленьких, отдельных пружинок. РПН не создают избыточного давления, но не обладают такой высокой разделительной способностью, как насадка СПН для ректификационных колонн. Подробнее про СПН (спирально-призматическую насадку) можно прочесть здесь.
  Регулярная проволочная насадка (РПН) Нерегулярная насадка (СПН)

Также может быть разной высота ректификационной колонны. Чем она больше, тем эффективнее происходит разделение на фракции. Но высота влияет только на качество, а не на скорость. В среднем, производительность колонны – 1 литр/час при мощности нагрева 1 кВт.

Критерии выбора ректификационной колонны

Решив купить ректификационную колонну, нужно обращать внимание на следующие моменты:

• Безопасность. Материал должен быть инертным, не вступающим в реакции с компонентами браги или спирта-сырца. Подойдет нержавеющая сталь или медь;
• Сертификат качества, подробная инструкция;
• Разборность конструкции. Конструкция разборного типа удобнее в эксплуатации, есть модели-трансформеры, которые могут работать как дистиллятор;
• Система нагрева. Лучше использовать ТЭН с электроникой, а не газовую плиту. Так как при ректификации необходима быстрая смена нагрева и чёткое следование температурным режимам. Поэтому оснащение термометрами тоже необходимо.

Принцип работы ректификационной колонны, самогонный аппарат

Ректификация и дистилляция, особенности и отличительные признаки.

Ректификационная колонна, ее устройство и виды.

Самогонный аппарат (дистиллятор).

Почему стоит приобрести оборудование для домашнего приготовления напитков.

Ректификация и дистилляция, особенности и отличительные признаки.

Ректификацией называют процесс разделения жидких веществ путем их испарения под действием разных температур. В результате кипения жидкости пары поднимаются, охлаждаются и делятся на различные фракции, такие как: этиловый и метиловый спирт, воду, альдегиды, остаточные масла и т.

д. Благодаря данному процессу получают чистейший спирт отличного качества. Из-за высокой стоимости и присутствия в больших количествах сомнительной алкогольной продукции в торговых точках, все больше потребителей переходят на альтернативные способы изготовления домашних спиртных напитков. Для осуществления такого рода идей в продаже появились различные установки самых интересных модификаций, носящих названия: ректификационная колонна, дистиллятор, самогонный аппарат.

Спирт можно получать не только методом ректификации, существуют различные виды дистилляторов для перегонки спиртосодержащих жидкостей. Оба вида имеют принципиальные различия, заключающиеся не только в технологии получения конечного продукта, но и в их качестве. Ректификационный способ очистки также широко используют в промышленности, различных лабораториях. Суть процесса заключается в распределении смешанных составляющих компонентов между фракциями пара и жидкости, которые контактируют между собой, после чего восходящий паровой поток вбирает в себя летучие компоненты.

Все это делает процесс ректификации более производительным в сравнении с дистилляцией.

В чем же разница между этими двумя способами? Итак, по порядку. Крепость напитка, полученного при ректификации, может достигать 90 градусов, в случае с дистилляцией будет градусов 40 – 60. Присутствует разница во вкусе напитка, дистиллятор сохраняет вкус и аромат исходного продукта, тогда как спирт, выгнанный ректификационным способом, не имеет примесей и запаха. Есть разница во фракционном разделении, при ректификации оно более чистое. Необходимо несколько перегонок дистиллята для удаления вредных веществ, при ректификации они исчезают после первого раза. Спиртовые потери при ректификации отсутствуют, при ином способе они могут составлять как минимум 20 процентов. И наконец, последняя отличительная характеристика, предупреждающая о взрывопожарной безопасности – в обоих случаях присутствует такой риск, поэтому необходимо внимательно ознакомиться с инструкцией по применению данных установок во избежание нанесенного здоровью ущерба.

Отличие	Дистилляция	Ректификация
Органолептика напитка	Сохраняет аромат и вкус исходного сырья.	Получается чистый спирт без запаха и вкуса (проблема имеет решение).
Крепость на выходе	Зависит от количества перегонок и конструкции аппарата (обычно 40-65%).	До 96%.
Степень разделения на фракции	Низкая, вещества даже с разной температурой кипения перемешиваются, исправить это невозможно.	Высокая, можно выделить чистые вещества (только с разной температурой кипения).
Способность убрать вредные вещества	Низкая или средняя. Для повышения качества требуется минимум две перегонки с разделением на фракции хотя бы при одной из них.	Высокая, при правильном подходе отсекаются все вредные вещества.
Потери спирта	Высокие. Даже при правильном подходе можно извлечь до 80% от всего количества, сохранив приемлемое качество.	Низкие. Теоретически, реально извлечь весь этиловый спирт без потери качества. На практике минимум 1-3% потерь.
Сложность технологии для реализации в домашних условиях	Низкая и средняя. Подходит даже самый примитивный аппарат со змеевиком. Возможны улучшения оборудования. Технология перегонки проста и понятна. Самогонный аппарат обычно не занимает много места в рабочем состоянии.	Высокая. Требуется специальное оборудование, изготовить которое без знаний и опыта невозможно. Процесс сложнее для понимания, нужна предварительная хотя бы теоретическая подготовка. Колонна занимает больше места (особенно по высоте).
Опасность (в сравнении друг с другом), оба процесса пожаро- и взрывоопасны.	Благодаря простоте самогонного аппарата дистилляция несколько безопаснее (субъективное мнение автора статьи).	Из-за сложного оборудования, при работе с которым существует риск допустить больше ошибок, ректификация опаснее.

Ректификационная колонна, ее устройство и виды.

Весь процесс ректификации происходит в устройстве под названием ректификационная колонна. Прибор представляет собой вертикальную теплоизолированную трубу, с различными встроенными элементами внутри. Количество элементов зависит от конструкции, именно они влияют на взаимодействие пара и жидкости. Из всех известных бытовых приборов для самогоноварения именно это устройство занимает лидирующую позицию в производстве спирта самого высокого качества. Ректификационные колонны бывают двух видов: насадочные и тарельчатые, каждый тип аппарата имеет свои отличительные признаки по степени очистки и производительности.

1. Насадочные устройства.

Насадочные колонны отличаются от тарельчатых типов меньшим гидравлическим сопротивлением, а процесс ректификации в таких типах установок происходит при помощи вакуума. Колонна делится на верхнюю и нижнюю части, в каждом отсеке внутри колонны располагается решетка с насадкой. Насадки внутри колонны могут быть:

• А) Регулярные – кассеты из перфорированных сеток и листов.
• Б) Нерегулярные – в виде насыпного слоя инертного материала.

В верхнем отсеке колонны находятся приспособления для поступающего пара, жидкости и дальнейшего их распределения. Колонна снабжена нагревательным элементом, благодаря которому происходит образование пара: он поднимается к решетке верхней части колонны и проходит по трубе вверх, жидкость наоборот, стекает вниз. В результате контакта пара и воды каждое из этих веществ насыщается отдельными летучими компонентами и после того, как цикл будет пройден – пары отправляются в дефлегматор, часть жидкости идет в остаток, а частично опять попадает в часть нагрева.

Насадки данного вида обладают хорошими свойствами химической инертности, механической прочности, а также имеют малое гидравлическое сопротивление.

2. Тарельчатый вид колонн.

Тарельчатые колонны часто используют на крупных промышленных объектах, но и в быту они имеют довольно распространенное применение. Преимущество таких колонн перед насадочными устройствами в том, что они более тонко разделяют жидкость и пар на фракции. Тарельчатые ректификационные колонны имеют различия по виду тарелок, расположенных внутри устройства, они могут быть:

• А) Колпачкового типа – на тарелках колонны установлен колпачок для лучшего выхода пара и развеивания его на более мелкие пузырьки. Приток и отток жидкости в таких колоннах регулируют при помощи трубок, а само ее движение осуществляется по тарелкам в разных направлениях.
• Б) Ситчатого типа – с тарелками, в которых имеется много входных отверстий по типу решета. Для контроля уровня жидкости на тарелке служат специальные трубки с опущенными их концами в стаканы нижних тарелок, где они образуют гидравлические затворы. Ректификационные тарельчатые колонны ситчатого типа имеют больший уровень коэффициента полезного действия, чем, например, колпачковый тип. Ситчатые тарелки удобны в монтаже и уходе, они легко крепятся и снимаются.

Существует еще несколько видов ректификационных колонн, например, пленочные и барботажные аппараты. Но они не пользуются особой популярностью. Самыми распространенными устройствами считаются модели, описанные выше.

По качеству готового продукта можно отметить, что ректификация превосходит дистилляцию. При использовании ректификационных колонн в спирт не попадают вредные примеси, и он не имеет специфического запаха. Это является неоспоримым преимуществом ректификационных колонн при производстве спирта — готовый продукт не требует повторного перегона.

Рекомендуем

Как работает ректификационная колонна

Что такое ректификационная колонна? Это приспособление для производства чистого спирта из спирта-сырца. Если Вам надо купить ректификационную колонну, обращайтесь в компанию «Смирнов», мы занимаемся производством как промышленных спиртзаводов, так и самогонных аппаратов для домашнего винокурения.

В винокурении всегда есть два этапа получения товарного продукта. Первый – получение из браги спирта сырца (СС), и второй – дробная перегонка (ректификация) спирта сырца для получения товарного продукта. Ректификационная колонна для мини спиртзавода обычно представляет собой вертикальную царгу (трубу) из нержавеющей стали, наполненную контактными элементами СПН (спиральная призматическая насадка Селиваненко) для тепломассообменной реакции. Для увеличения площади реакции внутри ректификационной колонны могут использоваться различные насадки – стеклянные или керамические шарики, кольца Рашига, регулярные призматические насадки (РПН), спирально-призматические насадки (СПН). Ректификационные колонны различаются производительностью, размерами, ценой и качеством продукта.

Заводские комплектующие спиртзаводов «Смирнов» изготовлены из материала для пищевой промышленности, устойчивого к воздействию химических веществ и агрессивных жидкостей. В компании «Смирнов» мы используем только импортные пищевые нержавеющие стали AISI 304.

Два основных процесса в винокурении – дистилляция и ректификация. Дистилляция – это всем известный простой процесс, состоящий из двух шагов – испарения спиртосодержащих жидкостей и их последующей конденсации в охлаждаемых теплообменниках. Ректификация – более сложный процесс и позволяет более эффективно разделять спирты из спирта-сырца (СС) и получать более чистый спирт на выходе. Как правило, дистилляты используются для выдержки и созревания в дубовой бочке и получения более насыщенных ароматных напитков.

Принцип работы ректификационной колонны в мини спиртзаводе заключается в разной температуре испаряющихся из спирта-сырца веществ – паров спирта, тяжелых и легких фракций. При прохождении паров через колонну, летучие спиртовые пары проходят в конденсатор, а сивушные масла (тяжелые фракции), стекая по колонне, возвращаются обратно в перегонный куб. А более легко кипящие фракции концентрируются вверху и в середине колонны. Колонну оснащают специальными дополнительными устройствами – дефлегматором, диоптром, нижним узлом отбора изоамилольной фракции и т. д. Диоптр – это трубчатая вставка с прозрачным кварцевым стеклом для контроля захлеба (предельной мощности) ректификационной колонны.  Дефлегматор – это дистиллятор с возвратом флегмы в ректификационную колонну. Флегма – это дистиллят, стекающий вниз по СПН, который охлаждает проходящий снизу вверх пар. Каждый из них служит для улучшения качества получаемого продукта. Нижний узел отбора – узел, который позволяет не пустить и отобрать заранее предхвостовую фракцию вонючих нитритов (изоамилолов).

В спиртзаводах и самогонных аппаратах компании «Смирнов» мы придерживаемся принципа повторения возможностей промышленного оборудования, но в доступных для потребителя масштабах. Производительность мини спиртзавода существенно зависит от диаметра ректификационной колонны. В компании «Смирнов» мы используем колонны диаметром 2, 3 и 4 дюйма. Ориентировочные производительности спиртзаводов – от 10 до 60 литров спирта в сутки. Для разных размеров колонн необходимо подбирать также объем и мощность перегонных кубов.

Ректификационная колонна позволяет получить товарный спирт, пригодный и для пищевых целей и для технических нужд. Благодаря высокой степени очистки, в нем отсутствуют ароматы и вкусы исходного сырья. Спирт отлично подходит как основа для приготовления наливок, настоек, водки. В аппарат при перегонке помещают травы, сухофрукты, пряности, которые отдают эфирные масла при прохождении через них спиртовых паров. Ректификационная колонна в комплекте с пароводяным котлом – идеальный аппарат для приготовления текилы, ароматизированных водок, джинов.

Звоните нам и мы будем рады проконсультировать Вас под всем техническим вопросам, связанным с подбором оборудования для спиртзавода.

Ректификационная колонна самогонного аппарата: устройство и принцип работы

Во времена технической революции XIX века, таким развивающимся индустриям, как парфюмерная, химическая и фармацевтическая, требовалось большое количество хорошо очищенного этилового спирта, что привело к созданию устройства, под названием ректификационная колонна, позволяющего производить 96% спирт в промышленных масштабах. Впервые такое устройство появилось во Франции в 1867г.

В прошлом ректификационная колонна – это многометровая конструкция, которая устанавливалась только на спирт заводах, применять ее в домашнем самогоноварении было невозможно.

Но человеческая мысль не стоит на месте, и в наше время колонны, применяемые в домашних условиях, переживают настоящий бум популярности – они компактные и довольно безопасные. Они легко помещаются на любой кухне, а для их использования не требуется открытый огонь.

Понятие процесса ректификации

Ректификация — разделение жидких смесей на практически чистые компоненты, отличающиеся температурами кипения, путём многократных испарений жидкости и конденсации паров.

Суть этого процесса в самогоноварении состоит в разделении многокомпонентного вещества, на отдельные компоненты (спирты, вода, альдегиды, сивушные масла и пр.) в процессе тепломассообмена за счет разниц температур кипения и массы компонентов, участвующих в процессе ректификации в самогонных аппаратах.

В результате нагрева пар из куба попадает в колонну, проходит в дефлегматор, где охлаждается и стекает вниз. В нижней части ректификационной колонны стекающая вниз флегма встречается со спиртосодержащим паром и взаимодействуют на поверхности контактных элементов – наполнителем колонны. В результате, пар забирает из жидкости спирт и продолжает движение вверх, а флегма с минимальным содержанием спирта стекает обратно в куб.

Ректификационная колонна и её конструкция

Ректификационная колонна – это устройство, предназначенное для разделения многокомпонентного спиртового раствора браги на фракции по температуре кипения.

Конструкция ректификационной колонны представляет собой полую трубу – царгу из нержавеющей стали или меди, диаметром 1,5 или 2 дюйма, дополненную насадками или тарелками. Конструкция может состоять из нескольких царг, суммарная высота конструкции может достигать 1,5 – 2 метра. Чем выше конструкция, тем медленнее отделяются примеси, тем выше чистота и крепость продукта.

Насадки (контактные элементы) — это внутренний наполнитель царги в виде стеклянный или керамических шариков, спирально-призматических элементов или сеток из нержавеющей стали или меди, цель которых максимально увеличить площадь, по которой стекает флегма в перегонный куб.

Cовременная бытовая ректификационная колонна, в зависимости от конструкции, может состоять из дополнительных элементов. Рассмотрим один из вариантов конструкции:

1. Узел отбора – конструктивно представляет собой бортик внутри царги, препятствующий стеканию флегмы в куб, отвод для спирта с зажимом Гофмана или игольчатым краном и ниппеля для термометра. Узел отбора расположен в средней части колонны.
   В самом начале, когда куб ещё не вышел на стабильную температуру, его перекрывают, а после выхода на рабочий режим, его открывают так ,что бы не нарушать стабильность температуры. Если происходит перегонка спирта-сырца, то можно провести дробную перегонку и первые 5% отбирают как «головную» фракцию (жидкость с резким запахом, напоминающим ацетон).
2. Узлы контроля процессов – термометры устанавливаются на куб и узел отбора для контроля температуры. При отборе пищевой фракции температура на узле отбора должна быть стабильной. Если постоянную температуру поддержать не удается, то необходимо заменить ёмкость для сбора «хвостой» части;
3. Дефлегматор или холодильник – расположен в верхней части устройства ректификационной колонны. В дефлегматоре собираются и конденсируются пары, превращаясь во флегму. Там же устанавливается трубка связи с атмосферой.
4. Трубка связи с атмосферой – расположена в самой верхней точке дефлегматора и предназначена для уравновешивания давления. В процессе разогрева куба с жидкостью через эту трубку будет выходить воздух из колонны, что позволит парам спирта достичь охладителя и предотвратить, возможность взрыва куба, если он не оборудован клапаном сброса давления.

Отличие продуктов ректификации и дистилляции

1. Крепость конечного продукта. В процессе ректификации можно получить спирт крепостью 96%, в то время как при дистилляции крепость самогона достигает 40-65%.
2. Вкусо-ароматические качества продукта. В процессе ректификации получают чистый спирт практически без посторонних запахов, а при дистилляции получают продукт с ароматом и послевкусием использованного сырья.
3. Качество разделения на фракции. Максимальное качество разделения на тяжелые и лёгкие фракции достигается в процессе ректификации, в то время как в процессе дистилляции происходит слабое разделение фракций, а для получения качественного продукта требуется минимум две перегонки.
4. Потери спирта. В процессе ректификации, с соблюдением технологии, потери составят 3 — 4%, а процессе же дистилляции они могут достигать 20%.
5. Экономическая эффективность. Если вы используете обычный дистиллятор, то что бы получить чистый спирт вам потребуется 9-10 последовательный перегонок. Такая перегонка экономически не выгодна из-за больших затрат воды, газа или электроэнергии и времени. Ректификационная колонна позволяет провести одновременно 9-10 ступенчатых дистилляций за один раз, что в итоге экономит ваше время и ресурсы.

Основные вопросы по ректификации | Напитки дома

1. Что такое спирт-ректификат. СР.?

2. Зачем нужна ректифкация?

3. Ректификация — это только для заводов, или дома тоже можно?

4. Где взять оборудование для ректификации?

5. Хочу сделать колонну. Из чего лучше?

6. Я купил недорогую ректификационную колонну, почему получается плохой спирт с посторонними запахами?

7. Объясните попроще, как работает ректификационная колонна?

8.Куда насаживают насадку?

9. Что такое флегма?

10. Что такое флегмовое число?

11. Почему рект. колонна завернута в теплоизоляцию?

12. Почему рекомендуют ректифицировать самогон, а не брагу?

13. А что значит «колонна захлебнулась», и что с этим делать?

 

 

 1. Что такое спирт-ректификат (СР)?

Это этиловый спирт,отделенный от примесей с помощью ректификации на соответствующем оборудовании. По законам физики спирт не может быть крепче 97,17% (это по объёму, или 95,57% по массе). Это идеальный спирт-ректификат, на практике такой результат получить очень сложно. 

Для справки.При атмосферном давлении ни простой дистилляцией, ни ректификацией нельзя получить спирт крепче 97.17% об. Но, при определенных условиях, (при давлении 70 мм. рт. ст., температура кипения спирта при этом будет 27*С), смесь спирт-вода становится идеальной и можно получить 100% ный спирт.

Спирт ректификат есть рафинированный продукт, очищенный от всех иных примесей, не несущий в себе, в общем случае, органолептики того сырья, из которого он был изготовлен.

Дистиллят кроме крепости имеет вкусовые особенности. Понятно, что этот вот из винограа, этот из яблока, а этот – из пшеницы. Спирт же – дело другое. Хороший спирт есть основа для разных напитков – водки, настоек, наливок. Поэтому он не должен привносить в аромат и вкус напитков свои нотки, меняющиеся от сырья. Такая чистота спирта может быть достигнута только с помощью ректификации, когда применяется специальное, для этой цели предназначенное, оборудование. В нашем случае СР получается при использовании ректификационной колонны, или, сокращенно, РК.

 

 2. Зачем нужна ректифкация?

Это единственный доступный способ получить дома относительно чистый спирт.

 

 3. Ректификация — это только для заводов, или дома тоже можно?

Дома очень даже можно. Ректификационная колонна сложней самогонного аппарата, но  проще велосипеда, меньше велосипеда и вполне доступна для самостоятельного изготовления.

 

 4. Где взять оборудование для ректификации?

Купить. Сделать самостоятельно. 

 

 5. Хочу сделать колонну. Из чего лучше?

Требования те-же, как для самогонных аппаратов. Идеальный вариант — пищевая нержавейка. 

 

 6. Я купил недорогую ректификационную колонну, почему получается плохой спирт с посторонними запахами?

В рекламе таких колонн много неправды. Либо заявленная производительность сильно завышена, либо размеры колонны таковы, что в принципе нет возможности получить чистый спирт не при каких условиях. Хорошие колонны недёшевы. 

 

 7. Объясните попроще, как работает ректификационная колонна?

Колонна установлена строго вертикально на баке, в котором залит спитр-сырец и подведен нагрев. Происходит кипение жидкости, пар проходит в колонну. В верхней части колонны установлен дефлегматор, это холодильник совмещенный с узлом отбора, позволяющим часть сконденсировавшейся в холодильнике жидкости отобрать на выход(отбор на выход можно регулировать или совсем перекрыть), а часть отправить обратно в колонну. Эта жидкость стекает вниз по колонне навстречу пару. Колонна заполнена контактными элементами, на которых происходит взаимодействие жидкости и пара. Первыми изобретенными контактными элементами были тарелки, которые располагались одна над другой, и на которых пар пробулькивал сквозь слой жидкости. В колоннах небольшого размера элементы в виде тарелок использовать нецелесообразно ввиду конструктивной сложности. Поэтому колонну заполняют различными элементами, имеющими большую развитую поверхность (пружинки, шарики, колечки, сетки ит.п), это называется насадка, и пар с жидкостью взаимодействует на поверхности этих элементов. Стекающая жидкость по элементам колонны называется флегмой. Пар взаимодействует с флегмой, отдает свою энергию, и вещество, кипящее при более высокой температуре, а выше переносит вещества, кипящие при более низкой температуре. Таким образом, через некоторое время от начала работы ректификационной колонны, вещества распределяются по высоте колонны соответственно своей температуре кипения, в самом верху, то есть в узле отбора дефлегматора, будет самое низкокипящее вещество из смеси жидкости в баке, и начиная отбор, можно по очереди получить отделенные друг от друга жидкости.

 

 8. Куда насаживают насадку?

Насадка находится внутри колонны, и обычно она сыпучая. Такое неудачное название. Самый простой, дешевый и доступный тип насадки — металлические мочалки для чистки сковородок. При покупке следует убедиться, что материал нержавеющий, например, приложив к нему магнит. 

 

 9.Что такое флегма?

Флегма — это сконденсированные пары, возвращаемые в перегонный куб. При испарении бражки в первую очередь испаряется спирт, а не вода, если такие пары сконденсировать, то концентрация спирта будет выше. Например, при его концентрации в исходной смеси 8% об. первые порции дистиллята будут иметь концентрацию спирта 49,6% об.  При конденсации части пара (этот процесс и называется дефлегмацией, т.е. образование флегмы) в первую очередь будет конденсироваться вода, в оставшемся паре концентрация спирта за счет этого увеличится. Например, при концентрации спирта в исходном паре 49,6% об. при частичной конденсации пара образуется 0,5 кг флегмы с концентрацией около 17% мас. и 0,5 дистиллята с концентрацией уже 67% об. Естественно, при этом скорость перегонки снизится, но зато повысится крепость. 

При ректификации флегма начинает играть совершенно другую роль. Нам необходимо обеспечить «пробулькивание» пара через жидкость, своеобразное кипение внутри колонны, усиливаемое контактом на мелкой насадке. При этом происходит дополнительное испарение спирта, уносимого с парами вверх, и конденсация воды, сливающейся вниз с флегмой. Пар мы получаем кипячением бражки в кубе, а вот жидкость как раз и есть флегма, которую мы сознательно охалдили, постепенно сливается в куб. Поэтому ректификационная колонна без флегмы не работает, а превращается в обычную трубу с железяками внутри.

 

 10. Что такое флегмовое число?

В дефлегматоре колонны образуется конденсат. Часть его возвращается в колонну, а часть может направляться в отбор. Возврат в колонну части конденсата — необходимое условие нормальной работы колонны. Отношение количества конденсата, возвращаемого в колонну к количеству кондесата направляемого в отбор называется  флегмовое число. Если отбор продукта из колонны не производится, флегмовое число равно бесконечности. 

 

 11. Почему рект. колонна завернута в теплоизоляцию?

Работа колонны зависит от стабильности распределения температуры по её длине, теплоизоляция уменьшает влияние внешних факторов.

 

 12. Почему рекомендуют ректифицировать самогон, а не брагу?

Самогон, или спирт-сырец уже очищен от основных примесей браги, не пенится. А заброс бражной пены в колонны доставит большие проблемы по её промывке. 

 

 13. А что значит «колонна захлебнулась», и что с этим делать?

Захлёб колонны происходит, когда поступающая в неё из дефлегматора флегма не проходит в куб, а скапливается. Причинами этого обычно бывают: превышение мощности нагрева, необходимого для данной колонны, тогда слишком сильный поток пара не пропускает флегму вниз; конструктивные ошибки — узкие места, чрезмерное уплотнение насадки, установка труднопроходимых для флегмы сеток и тому подобное. Захлёб колонны проявляется повышенным шумом при работе — бульканье, и выбросом продукта через верхнее отверстие дефлегматора. 

Если была превышена мощность нагрева, захлеб колонны устраняется уменьшением нагрева. А ошибки конструкции обычно бывают у самодельных колонн, ну и для устранения захлёбывания такой колонны нужно её переделать.

Установки для перегонки с ректификационными колонками

Общая информация

В нефтехимической, химической, пищевой и многих других отраслях промышленности часто возникает необходимость разделять смеси на отдельные чистые компоненты или на фракции, обогащенные отдельными компонентами. В химической промышленности характерными примерами являются разделение водно-спиртовых растворов, органических соединений, осушение, очищение растворителей, др. Для разделения сложных смесей на индивидуальные компоненты или отдельные обогащенные фракции используют процессы дистилляции и ректификации.

Дистилляцией (простой перегонкой) — называют процесс разделения жидкой однородной смеси на отдельные фракции путем частичного испарения жидкости и конденсации пара, который образовался при этом. В результате испарения и конденсации пара получают обогащенную легкокипящим компонентом жидкость — дистиллят, и обогащенную высококипящим компонентом часть жидкой смеси, не испарилась — кубовый остаток. Дистилляцию обычно используют для предварительного, относительно грубого метода разделения жидкой смеси на отдельные фракции, обогащенные некоторыми компонентами. Состав продуктов (дистиллята и кубовой жидкости) определяется заданной конечной температурой выкипания смеси. В зависимости от состава исходной смеси и требований к продуктам разделения различают простую (одноразовую) и сложную — многократную дистилляцию.

Однако, использование дистилляции не всегда позволяет получать чистые вещества, а использование процессов многократной дистилляции является энергетически невыгодным и не всегда позволяет разделить даже бинарные растворы на практически чистые индивидуальные компоненты. Более эффективным во многих отношениях (в технологическом, аппаратурном, энергетическом и др.) Является метод многократной дистилляции в одном аппарате, получивший название ректификации.

Ректификация — процесс разделения жидких смесей на практически чистые компоненты путем применения метода многократной (многоступенчатой) противоточной дистилляции, проведенной в колонном аппарате — ректификационной колонне. В производствах небольшого масштаба используются ректификационные установки периодического действия. Исходную смесь загружают в куб, который оснащен нагревом. Смесь подогревают до кипения, и пары поступают в насадки, которой заполнена колонна. Поднимаясь колонной вверх, пары обогащаются низкокипящих компонентом, который охлаждается в холодильниках и разделяется на флегму и дистиллят. Применение ректификации позволяет получать вещества высокой степени чистоты.

Высокая эффективность

Для обеспечения хорошей работы системы для перегонки, необходимо ректификационная колонна, от которой зависит высокая степень чистоты продукта. Нами спроектированые колонны, имеют 19 теоретических тарелок и высоту насадки 1,5 м. Объемы кубов 10-2000 л. Мощность нагрева до 9 кВт. Нагрев осуществляется термостатом, теплоноситель — масло. Максимальная температура нагрева — 200 ° С.

Металлическая конструкция

Проектируя колонну, важным является пожаробезопасное исполнение металлической (или стеклянной) конструкции из-за взрывоопасности растворителей или веществ, которые могут подвергаться очистке. Колонны изготавливаются из нержавеющей стали AISI 304, 316, стекла, или в соответствии с требованиями заказчика. Кроме того, при производстве используется электрополирования для пассивирования контактных поверхностей.

Выполнение согласно технического задания Заказчика

Установки для перегонки могут быть спроектированы согласно Вашим требованиям. Системы автоматизации, вакуумные системы, сборщики фракций и другие дополнительные опции могут быть введены в систему перегонки. А результат соответствует всем требованиям Вашей задачи.

Легкое использование

Процесс перегонки ограничен рабочей температурой термостата, а вмешательства оператора минимальные до окончания перегонки. Нагрев системы и сбор дистиллята автоматические.

Преимущества и недостатки установок периодического действия

Периодическая перегонка используется в случае, где есть необходимость регулярно обрабатывать относительно небольшие количества веществ для небольших объемов производства. Стандартизированное многоцелевое оборудование для различных продуктов, простое в обслуживании. Может быть использовано для обработки чувствительных к температуре веществ, гарантирует высокую чистоту продукта.

Недостатком периодической перегонки является длительное время воздействия высоких температур на продукт. Это увеличивает риск термического разложения или деградации веществ. Кроме того, потребность в тепловой энергии обычно выше при периодической перегонке, чем при непрерывной перегонке. Для того, чтобы избежать этого, мы используем вакуумные перегонки с пониженными температурами кипения.

Ректификационная колонна РКА стандартной комплектации

ВхГхШ	4150х950х950 мм (без сборников)
Объем полный	270 л
Объем рабочий	200 л
Объем минимальный	20 л
Температура рабочая	200 °С
Рабочее давление	0,5 атм
Максимальное давление	3 атм
Материал контактирующий с сырьем	AISI304, зеркало/PTFE
Материал не контактирующий с сырьем	AISI304, шлиф.
Объем масла греющей спирали	11 л
Вход/Выход	М24х1,5 П
Площадь поверхности теплообмена	5,0 м. кв.
Загрузочный патрубок куба	DN50
«Воздушка» куба	кран шаровый ручной 1/2″ М
Кол-во теоретических тарелок	19
Тип колонны	насадочный
Нижний слив	кран шаровый G3/4”
Разделение флегмы	клапан 24 В, 3-х ходовой ¼»
Соединительные штуцера холодильника	носик DN8 2 шт.
Кол-во холодильников	2 шт.
Тип холодильников	обратные
Площадь поверхности теплообмена холодильника	0,3 м. кв.
«Воздушка» на холодильнике	носик DN8
Материал сборников	стекло боросиликатное/нерж (по выбору)
Объем рабочий	предгон – 30л
Дистиллят	50 л
Переключение сборник-дистиллят	трехходовой шаровый ручной кран ¾» М-М-М
«Воздушка» сборников	кран шаровый ручной 1/2″ М
Слив сборников	кран шаровый ручной 1/2″ М

Принцип работы/действия ректификационной колонны | Алкопроф

Очень часто в рекламных заголовках домашних дистилляторов встречается упоминание «ректификационной колонны». Нет, это не та огромная конструкция, предназначенная для разделения жидкостей на фракции в промышленных масштабах. Но именно ректификационная колонна позволяет добиться максимальной чистоты продукта, а именно – этилового спирта. Максимально возможная крепость этанола в нормальных условиях составляет 96 градусов. Именно такую крепость имеет медицинский спирт-ректификат.

Купить самогонный аппарат с ректификационной колонной (рекомендуем выбрать аппарат марки Luxstahl 7m) в наши дни достаточно просто. И получение спирта любой крепости в домашних условиях – не преступление (преступлением является только его незаконная продажа). А применить спирт высокой степени очистки и крепости в домашних условиях можно на самые разнообразные нужды: от дезинфекции и обезжиривания до приготовления лекарственных рецептов настоек из самогона в домашних условиях.

Устройство и работа ректификационной колонны в самогонном аппарате

Принцип работы самогонного аппарата с ректификационной колонной или без нее остается неизменным – в основе всего лежит дистилляция. Однако именно колонна позволяет осуществить в процессе дистилляции максимально точное разделение фракций и убрать все ненужные примеси.

Какова ее конструкция?

Ректификационные колонны бывают:

• тарельчатые,
• насадочные.

Соответственно, внутри колонны имеются тарелки или насадки (например, РНП – регулярная насадка Панченкова). Они могут располагаться не по всей высоте колонны, а заполнять лишь нижнюю ее часть.

Обратите особое внимание: если колонна совершенно полая – она не может называться ректификационной. Это просто бражная (пленочная) колонна. И то с оговоркой, что эта самая трубка оборудована дефлегматором (дополнительным, укрепляющим холодильником). Если нет и дефлегматора, то это не колонна, это просто кусок трубы, не имеющий ничего общего с качественной очисткой дистиллята.

Некоторые аппараты с бражной колонной можно доукомплектовать царгами (имеют наполнение насадками, но не оборудованы дефлегматором). Тогда в случае использования царги качество очистки спирта существенно увеличивается, и колонна может называться ректификационной.

Таким образом, ректификационная колонна в самогонном аппарате – это вертикальная трубка (высотой 1200-1500 мм, диаметром 30-40 мм), имеющая внутри контактные насадки, оборудованная дефлегматором (охлаждающей «рубашкой»). В верхней части колонны в обязательном порядке должен быть установлен термометр. Ну, или должна быть возможность установки термометра, если производитель экономит на комплектации. Термометр нужен для точного контроля температуры паров внутри колонны и, соответственно, для точного соблюдения технологии разделения фракций.

Разные вещества имеют разную температуру кипения, и разделение их происходит за счет испарения жидкости и конденсации пара на контактных насадках (или тарелках), повторяющиеся многократно. Контактируя с жидкостью, пар «выхватывает» из нее легкокипящие вещества, а жидкость «забирает» из пара тяжелокипящие. Плюс происходит и обмен теплом.

Таким образом, в ректификационной колонне при контакте пара и жидкости происходит постоянный тепломассообмен.

Жидкость, обогащенная тяжелокипящими примесями (флегма), стекает обратно в перегонный куб, тогда как спиртовые пары, укрепляясь, поднимаются вверх и переходят уже в конденсирующий холодильник. В верхней части колонны и происходит «отбор» практически чистых компонентов. При более низких температурах покидают колонну эфиры, альдегиды и спирты, а при более высоких – так называемые «сивушные масла» — смесь разнообразных веществ с преобладанием многоатомных спиртов.

Принцип действия ректификационной колонны заключается в том, что в процессе перегонки происходит около 10 одновременных ступенчатых дистилляций, происходящих на разных контактных площадках по всей высоте колонны. Почему именно столько? Не вдаваясь в физические формулы и графики, поясним, что для получения чистого спирта из браги (10-12% содержания спирта по любому из рецептов браги для самогона) в теории потребуется около 10 последовательных перегонок с постепенным повышением крепости дистиллята. Но на практике дистилляция спиртосодержащих растворов крепостью выше 30 градусов связана с большой опасностью возгорания и солидными затратами энергии. То есть со всех сторон – невыгодно. Ректификационная колонна решает эту проблему.

Контактные элементы ректификационной колонны

Чем больше внутри колонны контактных элементов, тем эффективнее происходит разделение веществ по температурам кипения. Тарелки чаще всего используются только на промышленных установках, тогда как для домашнего использования применяются насадки. Насадка – это скрученная во много раз длинная проволока из нержавеющей стали или меди. Насадки многократно увеличивают площадь внутренней поверхности колонны, обеспечивая максимальный контакт пара и жидкости и, следовательно, максимальный тепломассообмен. Насадки могут быть изготовлены из нержавеющей стали или меди. В случае с медью – химически активным металлом – происходит еще и дополнительное связывание вредных соединений серы. Лучше всего использовать насадки промышленного производства, изготовленные из качественного металла, поскольку его коррозия в случае низкого качества испортит и аппарат, и дистиллят.

Подводим итог

Отзывы о самогонных аппаратах колонного типа почти всегда положительны, так как работает ректификационная колонна в самогонном аппарате очень эффективно. Однако при несоблюдении технологии или неправильной эксплуатации самой колонны может происходить снижение качества итогового напитка. Самогонный аппарат с ректификационной колонной – это сложный агрегат, требующий внимательного изучения режимов его работы и приобретения некоторых навыков в регулировке температурных режимов. Но качество получаемого на нем продукта получается ничуть не хуже, а иногда и лучше промышленного производства.

Колонна ректификации

| BTS Engineering

Наша компания выполняет проектирование, строительство, шеф-монтаж и ввод в эксплуатацию ректификационных колонн по техническому заданию Заказчика.

Ректификационная колонна предназначена для разделения жидких смесей, компоненты которых имеют разную температуру кипения. Колонна ректификации относится к вертикальному цилиндру с установленными внутри контактными устройствами.

Принцип работы ректификационной колонны:

Пар перегонной жидкости поступает в ректификационную колонну. Он поднимается снизу; из-за обратного потока жидкость, сконденсировавшаяся в верхней части холодильника, течет в сторону пара. Если диспергированный продукт состоит из двух компонентов, можно получить следующие конечные продукты: дистиллят, поступающий из верхней части колонны, и остаток от перегонки, поступающий из нижней части колонны.Последний менее летуч в жидкой форме.

Ректификационные колонны промышленного назначения могут иметь высоту до 60 м и диаметр до 6 м. В качестве контактных устройств используются лотки и упаковка. Набивка колонки может относиться к металлическим, керамическим, стеклянным или другим элементам разных размеров. Конденсация осуществляется на расширенной поверхности этих элементов.

Инжиниринг. Ректификационная колонна

---

---

Лотки

ПЛАСТИНЫ ДЛЯ РЕКТИФИКАЦИОННЫХ КОЛОНН

Ректификационная (продукт-концентрированная) колонна предназначена для концентрирования спирта и полной экстракции нейтральных, основных и конечных примесей из эпурата. Он может работать под атмосферным давлением, избыточным давлением или под вакуумом.

Обозначение колонн	Диаметр колонны, мм	Тип пластины	Количество тарелок, шт.	Расстояние между пластинами, мм	Примерная высота колонны, мм	Примерная масса колонны, кг
R03-400 / 0,17 / 71 В	400	пластина многокорпусная	71	170	13670	1935
R03-400 / 0,17 / 84 В			84		15880	2240
R03-400 / 0,17 / 71 В		тарелка клапана	71		13670	1550
R03-400 / 0,17 / 84 В			84		15880	1795
R03-600 / 0,17 / 71 В	600		71		13840	2320
R03-600 / 0,17 / 84 В			84		16080	3030
R03-600 / 0,17 / 71 В		пластина многокорпусная	71		13840	2900
R03-600 / 0,17 / 84 В			84		16080	3360
R03-700 / 0,17 / 71 В	700		71		13970	3030
R03-700 / 0,17 / 84 В			84		16180	3510
R03-800 / 0,17 / 71 В	800		71		14070	3280
R03-800 / 0,17 / 84 В			84		16280	4715
R03-800 / 0,17 / 71 В		пластина многокорпусная	71		14070	4100
R03-800 / 0,17 / 84 В			84		16280	4750
R03-1000 / 0,17 / 71 В	1000		71		14270	5835
R03-1000 / 0,17 / 84 В			84		16480	6755
R03-1000 / 0,17 / 71 В		тарелка клапана	71		14270	4670
R03-1000 / 0,17 / 84 В			84		16480	6935
R03-1200 / 0,17 / 71 В	1200		71		14470	6110
R03-1200 / 0,17 / 84 В			84		16680	8445
R03-1200 / 0,17 / 71 В		пластина многокорпусная	71		14470	7635
R03-1200 / 0,17 / 84 В			84		16680	8820
R03-1600 / 0,17 / 71 В	1600		71		14870	13785
R03-1600 / 0,17 / 84 В			84		17080	15830
R03-1600 / 0,17 / 71 В		тарелка клапана	71		14870	11030
R03-1600 / 0,17 / 84 В			84		17080	15140
R03-2000 / 0,17 / 71 В	2000		71		15270	16770
R03-2000 / 0,17 / 84 В			84		17480	22140
R03-2000 / 0,17 / 71 В		пластина многокорпусная	71		15270	20960

В этой категории нет товаров.

Как работают столбцы? — SRS Engineering HomeSRS Engineering Home

Дистилляция — это процесс, используемый для разделения смеси двух (или более) компонентов до ее первоначального состояния путем нагревания смеси до температуры между их соответствующими точками кипения.

Например, при атмосферном давлении вода закипает при 212ºF, а этанол — при 176ºF. Если смесь воды и этанола нагреть примерно до 195ºF, этанол закипит и превратится в пар, который затем собирается и конденсируется.Вода отделится и останется жидкостью.

Для повышения эффективности этого процесса используется ректификационная ректификационная колонна. См. Рисунок ниже, чтобы лучше понять, как работают столбцы.

Дистилляционная колонна состоит из ряда установленных друг на друга тарелок. Жидкое сырье, содержащее смесь двух или более жидкостей, входит в колонну в одной или нескольких точках. Жидкость течет по пластинам, и пар пузырится вверх через жидкость через отверстия в пластинах. Когда жидкость движется вниз по колонне, пар несколько раз контактирует с ней из-за множества тарелок — критически важный процесс в дистилляционных колоннах.Жидкая и паровая фазы вступают в контакт, потому что, когда одна молекула высококипящего материала превращается из пара в жидкую фазу за счет выделения энергии, другая молекула низкокипящего материала использует свободную энергию для преобразования из жидкой фазы в паровую.

Основание дистилляционной колонны содержит большой объем жидкости, состоящей в основном из жидкости с более высокой температурой кипения (в нашем примере это будет вода). Из основания вытекает часть этой жидкости, часть которой нагревается в повторном котле и возвращается в колонну.Это называется вскипанием.

Фотография колонны фракционирования сырой нефти. Демонстрирует сложенные тарелки

Внутреннее устройство насадочной колонны

Некоторое количество пара выходит из верхней части колонны и возвращается в жидкое состояние в конденсаторе. Некоторая часть этой жидкости возвращается в колонну в виде флегмы, а остальная часть представляет собой головной продукт или дистиллят.Паровая и жидкая фазы на данной пластине приближаются к равновесию теплового давления и состава до степени, зависящей от эффективности пластины.

По сути, горячая смесь закачивается на дно. Башня действует как теплообменник, отводя тепло от паров по мере их подъема. Некоторые из них снова конденсируются в жидкости и падают обратно в колонну.

Температура постепенно снижается по мере продвижения вверх по колонке. Различные группы углеводородов конденсируются на разной высоте — самые тяжелые внизу, самые легкие вверху.Конечный продукт находится в исходном состоянии.

Чтобы узнать больше о ректификационных колоннах SRS и , фракционирующие колонны щелкните здесь

Открыть версию этой страницы для печати в формате PDF

Основы дистилляции | Neutrium

Дистилляция — это процесс, при котором жидкая смесь разделяется на фракции с более высокими концентрациями определенных компонентов, используя различия в относительной летучести. В промышленных условиях, таких как нефтеперерабатывающие заводы и заводы по переработке природного газа, этот процесс разделения осуществляется с использованием дистилляционной колонны.В этой статье описаны основные принципы и принцип работы дистилляционной колонны, а также оборудование и терминология, используемая при обсуждении дистилляции.

Основная цель дистилляции состоит в том, чтобы взять жидкую смесь и разделить ее на два или более потоков, состав которых отличается от состава исходного потока. В основной дистилляционной колонне поток сырья входит в середину колонны, а два потока выходят, один вверху, а другой внизу. Компоненты с более низкими точками кипения концентрируются в потоке, выходящем из верхней части, в то время как компоненты с более высокими точками кипения концентрируются в потоке, выходящем из нижней части.

Разделение достигается за счет управления профилями температуры и давления в колонке, чтобы использовать разницу в относительной летучести компонентов смеси и, следовательно, тенденцию к изменению фазы. Более легкие компоненты с более низкой точкой кипения испаряются и перемещаются вверх по колонне с образованием верхнего продукта, а более тяжелые компоненты с более высокой точкой кипения конденсируются и перемещаются вниз по колонне с образованием нижнего продукта.

Обсуждение дистилляции требует понимания некоторой базовой номенклатуры.Ниже перечислены термины, которые обычно используются для описания основных компонентов дистилляционной колонны в комплекте со схематическим изображением тарельчатой ​​колонны.

Фракционирование — Другой термин для перегонки или фракционной перегонки.

Сырье — Жидкость и / или газ, подаваемый в дистилляционную колонну. Лоток под входным соплом называется лотком подачи.

Тяжелый компонент — Компонент с более низкой относительной летучестью, для простого углеводорода это компонент с более высокой молекулярной массой.Обнаружен в более высокой концентрации в нижнем продукте колонны.

Легкий компонент — Компонент с более высокой относительной летучестью, для простых углеводородов это компонент с более низкой молекулярной массой. Обнаружен в более высокой концентрации в верхней части колонки.

Секция очистки — лотки между дном колонны и подающим лотком. В секции отпарки цель состоит в том, чтобы сконцентрировать более тяжелый компонент в жидкой фазе.

Ректификационная секция — Лотки между подающим лотком и верхней частью колонны.В секции ректификации цель состоит в том, чтобы сконцентрировать более легкий компонент в паровой фазе.

Верхний продукт — Продукт, выходящий из верхней части колонны, также называемый дистиллятом. Этот продукт обычно пропускают через теплообменник и сжижают.

Нижний продукт — продукт, который выходит через нижнюю часть столбца.

Обратный поток — Часть пара из верхней части колонны, которая сконденсировалась в жидкость и вернулась в колонну в виде жидкости над верхней тарелкой.

Ребойлер — теплообменник в нижней части колонны, в котором кипит часть жидкости, выходящей из колонны. Образующийся пар возвращается в колонну в нижней части секции отпарки.

Кривая парожидкостного равновесия (VLE) — График фактического состава более легкого компонента в паровой фазе для данного состава в жидкой фазе. Обычно получают из термодинамических данных.

Дистилляция использует разницу в относительной летучести компонентов исходной смеси.Обычно для двух или более соединений при заданном давлении и температуре будет разница в паровом и жидком составах в равновесии из-за парциального давления компонентов. Дистилляция использует это, приводя жидкую и газовую фазы в контакт при температурах и давлениях, которые способствуют желаемому разделению. Во время этого контакта компоненты с более низкой летучестью (обычно с более низкой точкой кипения) будут предпочтительно переходить в жидкую фазу, в то время как более летучие компоненты переходят в паровую фазу.

Дистилляционная колонна может использовать тарелки или насадочный слой для обеспечения контакта газа и жидкости. Для колонки с тарелками мы можем учитывать изменения в составе газовой и жидкой фазы, когда они входят и выходят из одной тарелки. Жидкость, поступающая в лоток, будет контактировать с газом, выходящим из лотка. Более горячая паровая фаза нагревает поступающую жидкую фазу, когда она пузырится через тарелку, испаряя легкие компоненты, которые затем покидают тарелку с паровой фазой. И наоборот, охлаждение паровой фазы жидкой фазой заставит более тяжелые компоненты паровой фазы конденсироваться и выходить из тарелки с жидкой фазой.

Для жидкости через тарелку:

Для пара через тарелку:

Где это концентрация и это температура.

Когда используется насадка, а не тарелки, принцип остается прежним, на самом деле насадка часто обозначается с точки зрения высоты, эквивалентной теоретической тарелке (HETP), т.е. какая высота насадки эквивалентна одной теоретической тарелке. Набивка — это просто альтернативный метод приведения жидкой и паровой фаз в контакт с жидкостью, обычно протекающей по поверхностям набивочного материала, в то время как пар проходит вверх через пространство между элементами насадки.

Есть несколько общих тенденций в работе ректификационных колонн. Зная об этих тенденциях и причинах их возникновения, мы можем лучше понять процесс дистилляции.

Температурный профиль

Основной температурный профиль дистилляционной колонны более горячий внизу и холоднее вверху. Для простой двухкомпонентной дистилляции температура внизу чуть ниже точки кипения более тяжелого компонента. Температура в верхней части колонки чуть выше точки кипения более легкого компонента.

В нижней части столбца мы хотели бы, чтобы тяжелый компонент оставался в виде жидкости, а более легкий компонент — в виде газа. Поэтому мы установили температуру внизу, чтобы соответствовать этому требованию. Эта температура устанавливается путем добавления тепла через теплообменник, называемый ребойлером. Обычно тепло, подводимое к нижней части колонны, легко контролировать с помощью расхода пара или горячего масла.

В верхней части столбца ситуация обратная. Мы хотели бы, чтобы легкий компонент оставался газом, в то время как более тяжелый компонент конденсировался в жидкость и падал обратно в колонну. Максимальная температура устанавливается чуть выше точки кипения более легкого компонента. Здесь ситуация с контролем температуры отличается от нижней части столбца, потому что мы обычно хотим, чтобы верхний продукт был жидким, когда мы отправляем его на хранение. Таким образом, мы конденсируем весь газ, выходящий из верхней части колонны, в жидкость. Этот поток жидкости разделяется, часть возвращается в колонну, а часть идет на хранение. Верхняя температура часто регулируется изменением скорости флегмы, то есть скорости потока жидкости, отправляемой обратно в верхнюю часть колонны.Более высокая скорость орошения означает, что более холодная жидкость падает вниз по колонне против поднимающегося более теплого газа, а верхняя температура ниже.

Общее тепло добавляется в нижней части колонны, а тепло извлекается в верхней части колонны. Внутри колонны создается температурный баланс между горячим газом, поднимающимся вверх по колонне, и более холодной жидкостью, падающей вниз по колонне.

Профиль давления

Обычно существует градиент давления в колонне, причем давление в нижней части колонны выше, чем в верхней.Этот градиент давления возникает, когда жидкость, спускающаяся по колонне, препятствует потоку пара вверх по колонне и вызывает потерю давления в потоке. В установившемся режиме дистилляции давление в колонне поддерживается постоянным, а температура изменяется для контроля состава потоков продуктов.

1. Справочник инженеров-химиков Perry, восьмое издание
2. Справочник по расчетам химической инженерии, четвертое издание
3. Разработка промышленных химических процессов, 2-е издание

Статья Создана: 16 апреля 2017 г.

---

Теги статей

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или уточнить у системного администратора.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

1: Схема колонны ректификации

Контекст 1

… верхняя часть колонны над входом жидкой исходной смеси, молярная скорость потока жидкости постоянна по высоте колонны равна GR, а нижняя часть колонны равна (GR + GF) , (Рисунок 3.2). …

Контекст 2

… продукт не извлекается из аппарата, то есть GD = 0, на Рисунке 3.1, тогда колонка считается работающей в условиях полного обратного потока Коулсона и Ричардсона, ( 2003 г.) Определение стоимости дистилляционной колонны (в долларах США) зависит от технических характеристик ее высоты, H; диаметр, D; толщина оболочки t (Кумар, 1981)….

Контекст 3

… потребление тепла в ребойлере колонны непрерывной ректификации определяется из уравнения теплового баланса для колонны с обратным холодильником (рис. 3.1): количество отдаваемого тепла к охлаждающей воде в обратном конденсаторе составляет: …

Контекст 4

. .. зависимость коэффициента C от расстояния между пластинами для ректификационных колонн, работающих при атмосферном давлении и со средними нагрузками по жидкости показаны на рисунке 3.3. …

Контекст 5

… nth — это количество теоретических тарелок-стадий изменения концентрации, которое определяется графическим построением между линиями равновесия и рабочими линиями на диаграмме yx (см. Рисунок 3.4).

Context 6

… значение общего КПД плиты для типичного нефтеперерабатывающего завода, полученное из Рис. 3.5, составляет 93,9%. Ujile и Amagbo, (2013). Значения эффективности, полученные для тарелок 1, 2, 3 и, возможно, тарелки 4, показывают, что колонна требует надлежащего обслуживания тарелок.Могут быть и другие участки установки, требующие тщательного исследования для правильного …

Контекст 7

… зависимость поправки  от длины (пути жидкости по пластине приведена на рисунке 3. 6 Глубина насадочной секции л.с. определяется по уравнению 2.66. …

Ректификация | ООО «НПП НЕФТЕХИМ»

Фракционирование масляных смесей

справочная информация

Нефтепереработка (перегонка сырой нефти) — это процесс разделения нефти на фракции в соответствии с температурой кипения (фракционирование), лежащий в основе переработки нефти и производства моторного топлива, смазочного масла и других ценных химических продуктов.

Для разделения масла на компоненты необходимо несколько основных условий: масло должно быть нагрето до температуры, обеспечивающей не только нагрев, но и испарение масляной части. Это означает, что масло необходимо испарить в печи один раз, а отработанные продукты необходимо утилизировать при нагревании сырой нефти. Для этого используются трубчатые печи, теплообменники и ректификационные колонны.

Переработка с ректификацией — самый популярный массообменный процесс в химической и нефтегазовой технологии, реализуемый в ректификационных колоннах за счет множественных противоточных парожидкостных контактов.

Схема работы ректификационной колонны

представлена ​​на рисунке 1 .

В то время как противоточные потоки пара и жидкости взаимодействуют на каждой ступени контакта (тарелка или уплотненный слой), между ними происходит тепло- и массообмен, обусловленный стремлением системы к равновесному состоянию. В результате каждого контакта компоненты перемещаются между фазами: пар насыщается низкокипящими компонентами, а жидкость — высококипящими. Если контакт достаточно длинный и эффективность контактирующего устройства высока, пар и жидкость, покидая тарелку или уплотненный слой, могут достичь состояния равновесия, что означает, что температуры потока станут равными, а их составы будут связаны уравнением равновесия .Такой контакт пара и жидкости, который завершается фазовым равновесием, обычно называют стадией равновесия или теоретической тарелкой.

Подбирая количество ступеней контакта и параметры процесса (температурный режим, давление, соотношение потоков, коэффициент орошения и др. ), Можно обеспечить любую требуемую точность фракционирования масляных смесей.

Переработка нефти (перегонка нефти) на атмосферных установках ХДУ или атмосферных участках комбинированных агрегатов КВДУ может быть реализована несколькими способами:

1. Однократным испарением в трубчатой ​​печи и разделением продуктов перегонки в одной ректификационной колонне ( рис. 2 ).
2. Путем двойного выпаривания и разделения в двух ректификационных колоннах: в предварительной испарительной колонне с отделением легкой нафты и в основной колонне.

Переработка нефти (перегонка нефти) с однократным упариванием осуществляется по следующей схеме ( рисунок 2 ). Нефть, нагретая в теплообменниках 2 за счет тепла выходящего из агрегата, насосом 1 для осушки и обессоливания подается в электродегидраторы 3, а затем в трубчатую печь 4, где происходит ее однократное испарение, а из топки — в атмосферная колонна 5, в которой осуществляется разделение на нужные фракции. Такая технологическая схема переработки нефти (перегонка нефти) обычно используется для нефтей с низким содержанием светлых нефтепродуктов и незначительным содержанием растворенного газа.

По данной схеме совместное испарение легкой и тяжелой фракций способствует снижению температуры нагрева нефти перед подачей ее в колонну.

Использование этой схемы для масел с большим содержанием растворенного газа и низкокипящих фракций может вызвать трудности из-за повышения давления в питающем насосе и во всех аппаратах перед печью, в печи и в ректификационной колонне, что требует большего расхода металла. из-за необходимого утолщения стенок оборудования и неизбежного ухудшения исправления.

В данном случае используется схема двойного испарения масла и двух ректификационных колонн ( рисунок 3 ). В первом столбце производятся легкий бензин и газ. Снижает общее давление в системе и давление в основной ректификационной колонне. Это приводит к более полному разделению светлых нефтепродуктов и более точному фракционированию в колонне.

Сырая нефть собирается насосом 1 и через теплообменники 2 направляется на осушение и обессоливание в электродегидраторы 3.Обезвоженная и обессоленная нефть проходит вторую группу теплообменников 4, нагревается до 210-220 ^o ° С и поступает в первую ректификационную колонну С-1, где производятся легкая нафта и газовая фракция. Остаток нефти из колонны С-1 собирается горячим насосом 5, нагревается до 340-360 ^o ° С в трубчатой ​​печи и поступает во вторую ректификационную колонну С-2, где производятся остальные необходимые фракции. . В случае, если масло недостаточно горячее перед поступлением в колонну С-1, есть возможность подать часть восстановленного масла, нагретого в печи 6, в нижнюю часть колонны С-1 в виде горячей струи.Эта схема требует более высокой температуры нагрева в печи по сравнению с схемой однократного испарения за счет раздельного испарения низкокипящей и высококипящей фракций. Все современные установки CDU в основном работают по схеме двойного испарения.

Схема атмосферной перегонки нефти на современных установках CDU и CVDU представлена ​​на рисунке 4 .

Предварительно обезвоженное и обессоленное на блоке электрообессоливающего агрегата (ЭОУ) ЭДУ или КВДУ, масло насосом 1 подается в теплообменники 2 для нагрева до 220-230 ^o С и далее — в колонну С. -1.В испарительном пространстве этой колонны масло разделяется на пары и неиспарившийся остаток, стекающий в нижнюю часть колонны через тарелки.

Основные фракции, выделенные при предварительной перегонке:

1. Нафта — нефтесодержащая фракция с диапазоном температур кипения от IBP (начальная температура кипения, которая индивидуальна для каждого вида масла) до 150-205 ^o C (зависит от технологического назначения производства двигателя, авиа или другой специальный бензин).Эта фракция представляет собой смесь алканов, нафтенов и ароматических углеводородов. Все эти углеводороды содержат 5-10 атомов углерода.
2. Керосиновая фракция — нефтяная фракция с температурой кипения от 150-180 ^o C до 270-280 ^o C. Эта фракция содержит углеводороды C10-C15.
   Применяется для моторного топлива (энергетический керосин, компонент дизельного топлива), для бытовых нужд (ламповое масло) и др.
3. Газомасляная фракция — температура кипения от 270-280 ^o C до 320-350 ^o C.Эта фракция содержит углеводороды C14-C20. Используется для дизельного топлива.
4. Остаток — остаток после перегонки вышеперечисленных фракций с температурой кипения выше 320-350 ^o C.
   Остаток может использоваться в качестве мазута или очищаться или ректифицироваться при пониженном давлении (в вакуум) с извлечением нефтяных фракций или вакуумной газойлевой широкой фракции (которая используется в качестве сырья для каталитического крекинга с целью получения высокооктанового компонента бензина), либо подвергающихся крекингу.
5. Гудрон — почти твердый остаток после отделения нефтяных фракций от остатка. Из него производятся остаточные масла и битум. Путем окисления битума можно получить асфальт, используемый для строительства дорог и т. Д. Кокс, используемый в металлургической промышленности, может быть получен из гудрона или других вторичных остатков путем коксования.

Вторичная переработка бензинового дистиллята — это либо отдельный процесс, либо часть объединенной установки на НПЗ.Установки вторичной переработки бензинового дистиллята на современных НПЗ используются для получения узких фракций дистиллята. Затем эти фракции будут использоваться в качестве сырья для каталитического риформинга (каталитический риформинг — это процесс получения отдельных ароматических углеводородов: бензола, толуола, ксилола или бензина с более высоким октановым числом). При производстве ароматических углеводородов первичный дистиллят бензина разделяется на фракции со следующими интервалами кипения: 62-85 ^o C (бензол), 85-115 (120) ^o C (толуол) и 115 (120) — 140 ^{o C.} C (ксилол).

Дистиллят бензина с широким фракционным содержанием (например, от ИБП до 180 ^o С) прокачивается через теплообменники и подается в первый змеевик печи, а затем — в ректификационную колонну. Верхний продукт этой колонны — фракция IBP 85 ^o C. Пройдя через теплообменник воздушного охлаждения и охладитель, он попадает в ресивер. Часть конденсата перекачивается в верхнюю часть колонны в виде флегмы, а остаток перекачивается в другую колонну. Нагрев нижней части колонны обеспечивается циркулирующим орошением (фракция 85-180 ^o C), который перекачивается через второй змеевик печи в нижнюю часть колонны.Остальной кубовый остаток перекачивают в другую колонну.

Выходящие из верхней части колонны пары фракций (IBP 62 ^o C) конденсируются в теплообменнике с воздушным охлаждением; Охлажденный в водоохладителе конденсат собирается в ресивере. Отсюда конденсат перекачивается в резервуар, фракционная часть используется для орошения колонны. После выхода из нижней части колонны остаточный продукт (фракция 62-85 ^o C) перекачивается через теплообменник и охладители в резервуар.Фракция 85-120 ^o C получается как головной продукт колонны. Он попадает в ресивер после прохождения всех аппаратов. Часть конденсата возвращается в верхнюю часть колонны в виде орошения, а его остаток откачивается из установки в резервуар.

Фракция 120-140 ^o C перекачивается из нижней части внешней отпарной колонны. Эта фракция поступает в резервуар после охлаждения в теплообменниках и аппаратах.

Продукт из нижней части колонны (фракция 140-180, ^o C) также перекачивается через теплообменник и аппаратуру в резервуар.Тепло, необходимое для работы ректификационных секций ректификационных колонн, подается от котлов. Внешняя секция зачистки приводится в действие котлом. Соответствующие рециклы перекачиваются в котлы. Пар используется в качестве теплоносителя для котлов.

В каждой ректификационной колонне 60 тарелок.

Материальный баланс установки зависит от потенциального содержания узких фракций в дистилляте бензина и от точности ректификации.

Информация этой главы дается исключительно в справочных целях.Информацию о продукции и услугах ООО «НПП Нефтехим» можно найти в главах Developments и Services .

6.5: ODE и модель Excel простой дистилляционной колонны

Введение

Дистилляция — это широко используемый метод разделения, основанный на различии летучести. Современная форма дистилляции, известная сегодня, может быть приписана раннему арабскому алхимику Джабиру ибн Хайяну и разработке одного из его изобретений — перегонного куба.Аппарат для дистилляции обычно называют перегонным кубом и состоит из минимум ребойлера, в котором нагревается разделяемая смесь, конденсатора, в котором паровые компоненты охлаждаются обратно до жидкой формы, и ресивера, в котором концентрированный жидкий компонент фракции собраны. В идеале дистилляция регулируется принципами закона Рауля и закона Дальтона. Закон Дальтона гласит, что для смеси полное давление паров равно сумме индивидуальных давлений паров чистых компонентов, составляющих эту смесь.о \]

Где X _A — мольная доля компонента A в смеси, а P _A ° — давление пара чистого компонента A. Эта идеальная модель основана на бинарной смеси бензола и толуола, но для в других смесях могут наблюдаться серьезные отклонения от закона Рауля из-за молекулярных взаимодействий. Для этих вышеупомянутых смесей, где компоненты не похожи, единственной точной альтернативой является достижение парожидкостного равновесия путем измерения.

При простой перегонке две жидкости с разными точками кипения разделяются путем немедленной передачи паров из ребойлера в конденсационную колонну, в которой конденсируются компоненты пара. В результате дистиллят обычно не является чистым, но его состав можно определить по закону Рауля при температуре и давлении, при которых испарения испарялись. Следовательно, простая перегонка обычно используется для разделения бинарных смесей, где температуры кипения отдельных компонентов обычно значительно различаются, или для отделения летучих жидкостей от нелетучих твердых веществ.

Ссылка на термины, используемые в ссылке на дистилляцию, включена в конце этой статьи.

Контроль дистилляции

Дистилляционные колонны включают огромное количество процессов разделения в химической промышленности. Из-за их широкого спектра использования в этих отраслях и того, что их правильная работа способствует качеству продукции, производительности и другим капитальным затратам, ясно, что их оптимизация и контроль имеют большое значение для инженера-химика.Управление перегонкой становится проблематичным из-за большого разнообразия термодинамических факторов, возникающих в процессе разделения. Например:

• Разделение отклоняется от линейности уравнений по мере увеличения чистоты продукта.
• Связь переменных процесса происходит при контроле состава.
• Нарушения возникают из-за перемешивания подачи и потока
• Изменения эффективности лотков приводят к нестабильному режиму работы.

Чтобы улучшить контроль дистилляции, вы должны уметь охарактеризовать эти потенциальные проблемы и понять, когда они возникают, поскольку они приводят к динамическому поведению колонны.Ключевое значение для контроля имеет поддержание материального и энергетического баланса и их должного воздействия на колонну. Ниже представлена ​​схема простой бинарной дистилляционной колонны. Использование формулы материального баланса

\ [\ dfrac {D} {F} = \ dfrac {z-x} {y-x} \]

, где \ (z \), \ (x \) и \ (y \) — концентрация сырья, остатков и дистиллята соответственно, вы обнаружите, что по мере увеличения \ (D \) (дистиллята) его чистота уменьшается. Это наводит на мысль, что уровень чистоты косвенно зависит от расхода этого продукта.Подвод энергии также является ключевым, потому что он определяет скорость потока пара (\ (V \)) вверх по колонне, которая имеет прямое влияние на соотношение \ (L / D \) (коэффициент обратного потока) и, следовательно, связано с увеличением количества происходит разделение. Подводя итог, подведенная энергия определяет степень разделения, а поток материала определяет степень разделения в продуктах.

Динамика пара и жидкости в колонне также вносит свой вклад в теорию управления технологическим процессом из-за нескольких важных взаимосвязей.Изменение V (путем изменения энергии ребойлера) вызывает чрезвычайно быструю реакцию в составе верхнего погона, в то время как изменение коэффициента орошения требует более длительной реакции на его воздействие на ребойлер.

В колоннах с более низким давлением происходит явление, известное как унос или затопление, при котором жидкость выдувается в лотки вместо того, чтобы опускаться в лотки. Это значительно снижает эффективность разделения и, следовательно, меньший прирост продукта. Использование насадочной колонны в этих приложениях с низким давлением обеспечивает большую эффективность по сравнению с тарельчатыми колоннами, а также позволяет быстрее достичь профиля устойчивого состояния.Контроль возникновения уноса в любом случае — еще один важный аспект, который следует учитывать при проектировании систем управления для колонн.

Регулирующий контроль

Для процесса дистилляции абсолютно необходимо, чтобы регулирующие средства контроля, такие как регуляторы уровня, потока и давления, функционировали должным образом, чтобы дополнительно гарантировать эффективность регуляторов состава продукта.

С точки зрения регулирующего контроля, регуляторы уровня используются для поддержания заданных уровней в ребойлере, аккумуляторе, а в случае дистилляционной колонны с двумя колоннами из-за большого количества тарелок для одной колонки также поддерживают уровень в промежуточный аккумулятор.Неправильное использование регуляторов уровня может привести к проблемам в другом месте процесса дистилляции. Например, плохой контроль уровня в аккумуляторе и ребойлере может привести к проблемам с контролем состава для конфигураций контроля баланса материала. Также, если работа ребойлера поддерживается одним из этих контроллеров уровня, и контроллер вызывает колебания в ребойлере, следовательно, может происходить циклическое изменение давления в колонне.

Регуляторы потока используются для управления и поддержания желаемых скоростей потока флегмы, дистиллята и кубовых продуктов, а также теплоносителя, используемого в ребойлере.Уставки этого конкретного типа контроллера определяются различными контроллерами состава и уровня в процессе.

Регуляторы давления расположены в верхней части дистилляционной колонны в непосредственной близости от дистиллята. Здесь давление в верхней части колонны, вызванное накоплением компонентов в паровой фазе, действует как интегратор, вызывая изменение уровня в аккумуляторе. Это давление можно контролировать, используя множество методов.

Регулирование давления посредством работы конденсатора

1. Максимальное увеличение расхода охлаждающей воды в конденсатор (работа при минимальном давлении в колонне)
2. Отрегулируйте скорость конденсации верхнего продукта (например, регулируя расход хладагента в конденсатор)
3. Регулировка уровня жидкости в конденсаторе (изменение площади теплоотдачи)

Регулирование давления с помощью гидроаккумулятора

1. Удалить пар из верхнего аккумулятора
2. Непосредственное изменение количества материальной фазы (например, путем закачки инертных газов)

Контроль состава и ограничений

Поскольку для дистилляции требуется желаемая концентрация продукта или скорость потока, используется ограничивающий контроль для обеспечения желаемых рабочих условий с помощью заданных значений, установленных для требований системы. Ограничением обычно является концентрация, и контроль этой концентрации может варьироваться в зависимости от приложения. Практически во всех отраслях промышленности контролируется концентрация только одного продукта, в то время как концентрация другого может изменяться. Это известно как управление одиночным составом, и его намного проще реализовать и поддерживать, чем управление двойным составом, которое определяет обе концентрации продукта. Однако преимуществом Dual Control является повышенная энергоэффективность из-за повышенного разделения.P&ID размещения общих элементов управления, используемых для управления составом, показаны ниже. Линии управления не включены в эту схему из-за различного количества возможностей управления для системы.

Установка ограничений на столбец позволяет правильно контролировать продукт, а также указывает на вопросы безопасности и обслуживания. Наиболее распространенными ограничениями для контроля являются максимальный режим работы ребойлера и конденсатора, который является результатом ряда переменных, включая засорение, неправильный размер клапана и чрезмерное увеличение подачи. Другими распространенными ограничениями являются точки затопления и просачивания, которые указывают на неправильное соотношение \ (L / V \), и их можно компенсировать, регулируя падение давления в колонне.

Наиболее распространенные корректировки для контроля ограничений включают изменение режима работы ребойлера для удовлетворения ограничений и почти всегда сопровождаются последующими механизмами возврата для обеспечения качества продукта.

1. Обеспечение контроля однократного состава
2. Уменьшение подачи
3. Повышение заданных значений чистоты продукта

Эффективный контроль дистилляции

Перед тем, как проводить углубленный анализ управления перегонкой, чрезвычайно важно уделить внимание следующим основам.

• Во-первых, убедитесь, что регулятивный контроль действительно функционирует согласованно.
• Для изменения температуры дефлегмации используйте средства контроля дефлегмации.
• Обязательно проверьте и оцените время простоя, точность и надежность анализатора. Это необходимо для учета времени задержки от анализатора состава продукта при использовании управления с обратной связью для управления потоком сырья, коэффициентом обратного флегма и мощностью ребойлера. См. Мертвое время. Чтобы выбрать подходящий анализатор, обратитесь к
• Убедитесь, что термисторы или термометры сопротивления, используемые для измерения температуры лотка для определения состава, полностью исправны и правильно расположены.Здесь следует позаботиться о том, чтобы использовать температуры с поправкой на давление. Для датчиков температуры
см. Следующую информацию.
• Когда потоки, такие как D, B, L и V, используются в качестве управляемых переменных для управления составом, они должны быть изменены относительно измеренной скорости подачи, когда изменения скорости подачи в колонке являются обычным нарушением.

Краткое изложение методов контроля дистилляции

Параметр управления	Пример метода управления
Расход дистиллята (D)	Регулятор расхода (уставка, управляемая уровнем аккумулятора)
Расход нижней части (Вт)	Регулятор расхода (уставка регулируется уровнем в нижней части столбца)
Расход орошения (л D )	Регулятор расхода (уставка регулируется температурой верхнего лотка)
Ребойлер Расход пара	Регулятор расхода (уставка контролируется анализатором состава кубовых остатков)
Скорость подачи	Регулятор расхода (заданное значение вводится вручную в зависимости от операций агрегата)
Чистота дистиллята (x D )	Регулятор потока орошения (уставка регулируется температурой верхнего лотка)
Чистота дна (x Вт )	Регулятор расхода пара (уставка контролируется онлайн-анализатором)
Давление в колонне	Регулятор потока продувки (уставка регулируется давлением в колонке)

Проблемы управления и нарушения

Расстройства состава корма и потока корма

Для того, чтобы правильно определить конечную чистоту продукта и поток, вы должны учитывать влияние нарушений в системе колонок. Наиболее значительным, но наиболее легко устранимым из этих нарушений является нарушение состава корма, при котором происходит изменение состава корма, приводящее к серьезному нарушению состава продукта. Следовательно, конфигурация дистилляционной колонны должна учитывать правила регулирования такого нарушения подачи сырья. Сбои в потоке сырья регулируются с помощью управления соотношением L / F, D / F, V / F и B / F с помощью датчиков уровня и коэффициента обратного потока.

Нарушения энтальпии корма и обратного потока

Нарушения энтальпии сырья становятся проблемой для колонн, работающих с низким коэффициентом обратного потока, и вызывают большое отклонение от ожидаемых концентраций продукта из-за изменений в расходах пара и жидкости в колонне.Обычной компенсацией этого является использование питающего теплообменника для регулирования надлежащей энтальпии в колонне. В большинстве случаев корм предварительно нагревается перед подачей в колонну. Регулируя продолжительность работы подогревателя (т. е. уменьшая или увеличивая расход теплоносителя), можно поддерживать постоянное соотношение пара / жидкости в сырье. Быстрые изменения внешних условий колонны (особенно большие отклонения температуры во время ливней) могут вызвать переохлаждение орошения, изменяя состав продуктов.Контроль рефлюкса может исправить это должным образом.

Пары пара и давления в колонне

Наиболее серьезные нарушения в дистилляционной колонне возникают при падении давления пара в ребойлере. Резкое падение давления пара приводит к падению эффективности ребойлера и, следовательно, огромному увеличению примесей в продукте. Этого можно избежать, используя контур управления переопределением для этого конкретного случая. Из-за влияния давления на относительную летучесть компонентов в системе нарушение давления в колонне приводит к изменению качества продукта.Это может эффективно поддерживаться контроллером состава для компенсации этих перепадов давления.

ODE Моделирование дистилляционной колонны

Для моделирования дистилляционной колонны используются два метода: динамическое моделирование и моделирование установившегося состояния. Ключевое различие между моделями заключается в том, что динамическое моделирование используется для отслеживания изменений в ректификационной колонне как функции времени, в то время как модель устойчивого состояния рассматривает заданный набор условий в один конкретный момент времени (т.е. когда колонка находится в устойчивом состоянии).

Динамическая модель

Динамическое моделирование дистилляционной колонны может использоваться по разным причинам: для отслеживания изменений в колонне в результате изменений подачи, для прогнозирования эффектов засорения тарелок и для прогнозирования возникновения затопления. Динамическая модель позволяет пользователю улучшить контроль дистилляции, имея возможность справляться с нарушениями, которые вызывают нарушения нормальной работы колонны.

Алгоритм разработки модели динамической ректификационной колонны следующий:

Шаг 1) Запишите материальный баланс компонентов для каждого этапа в столбце.

Материальный баланс компонентов для всех ступеней, кроме подающего лотка, верхнего конденсатора и ребойлера:

\ [\ frac {d M_ {i} x_ {i}} {dt} = L_ {i-1} x_ {i-1} + V_ {i + 1} y_ {i + 1} -L_ {i} x_ {i} -V_ {i} y_ {i} \]

Допущение: для простоты накопление на каждом этапе постоянно ;

\ [\ frac {d M_ {i}} {d t} = 0 \]

Упрощенный материальный баланс компонентов для каждой стадии (со временем меняется только состав):

\ [M_ {i} \ frac {d x_ {i}} {dt} = L_ {i-1} x_ {i-1} + V_ {i + 1} y_ {i + 1} -L_ {i} x_ {i} -V_ {i} y_ {i} \]

Ниже приведены примеры уравнений, используемых в модели дистилляционной колонны Excel Interactive ODE, которые предоставляются, чтобы помочь пользователю понять, как работает модель.

ODE используется для определения жидкого состава, выходящего из лотка 2 (ректификационная секция):

\ [\ frac {d x_ {2}} {dt} = \ frac {1} {M_ {2}} \ left [L_ {1} x_ {1} + V_ {3} y_ {3} -L_ { 2} x_ {2} -V_ {2} y_ {2} \ right] \]

ODE используется для определения жидкой композиции, выходящей из лотка 5 (секция очистки):

\ [\ frac {d x_ {5}} {dt} = \ frac {1} {M_ {5}} \ left [L_ {4} x_ {4} + V_ {6} y_ {6} -L_ { 5} x_ {5} -V_ {5} y_ {5} \ right] \]

Остаток компонентов верхнего конденсатора:

\ [\ frac {d x_ {D}} {dt} = \ frac {1} {M_ {D}} \ left [V_ {1} \ left (y_ {1} -x_ {D} \ right) \ справа] \]

Баланс компонентов лотка подачи:

\ [\ frac {d x_ {3}} {dt} = \ frac {1} {M_ {3}} \ left [L_ {2} x_ {2} + V_ {4} y_ {4} -L_ { 3} x_ {3} -V_ {3} y_ {3} \ right] \]

Остаток компонентов ребойлера:

\ [\ frac {d x_ {W}} {dt} = \ frac {1} {M_ {W}} \ left [L_ {6} x_ {6} -W x_ {W} -V_ {7} y_ {7} \ right] \]

Шаг 2) Запишите общий остаток материала вокруг конденсатора и ребойлера

Материальный баланс конденсатора:

• Допущение 1: Полный конденсатор (весь пар из верхней части колонны конденсируется в жидкость).
• Допущение 2: Уровень жидкости в верхнем аккумуляторе остается постоянным.

\ [D = \ left [V_ {1} + L_ {D} \ right] \]

Материальный баланс ребойлера:

\ [W = [F-D] \]

Чтобы эти уравнения работали, пользователь должен указать:

• Расход орошения (моль / мин)
• скорость потока нижней части (моль / мин).

Шаг 3) Определите все расходы

Стадия подачи пара на выходе:

\ [V_ {3} = V_ {4} + F \ left (1-q_ {F} \ right) \]

Ступень подачи жидкости на выходе:

\ [L_ {3} = L_ {2} + F \ left (q_ {F} \ right) \]

Расход пара в секции отпарки:

Допущение: Эквимолярный перелив пара в секции отпарки

\ [V_ {4} = V_ {5} = V_ {6} = \ left (V_ {7} \ right) \]

Расход пара в секции ректификации:

Допущение: Эквимолярный перелив пара в секции ректификации

\ [V_ {1} = V_ {2} = \ left (V_ {3} \ right) \]

Расход жидкости в секции ректификации:

Допущение: Эквимолярный перелив жидкости в секции ректификации

\ [L_ {2} = L_ {1} = \ left (L_ {D} \ right) \]

Расход жидкости в секции отпарки:

Допущение: Эквимолярный перелив жидкости в секции отпарки

\ [L_ {6} = L_ {5} = L_ {4} = \ left (L_ {3} \ right) \]

Шаг 4) Определите условия равновесия

Бинарная система, используемая в модели Excel ODE, представляет собой систему бензол-толуол. Данные о равновесии для этой системы были введены в модель, и относительная летучесть была рассчитана для различных равновесных составов.

Относительная волатильность (по данным равновесия):

\ [\ alpha = \ frac {y _ {\ text {benzene}} \ chi _ {\ text {toluene}}} {\ chi _ {\ text {benzene}} y _ {\ text {toluene}}} \]

, где α определяется как относительная летучесть двух компонентов в системе.

Эти относительные летучести были нанесены на график в зависимости от температуры, и для соответствия данным использовалась линейная регрессия.

Относительная волатильность как функция температуры:

\ [\ alpha = [- 0,009 T + 3,3157] \]

Это уравнение моделирует изменение разделения на каждой тарелке в зависимости от температуры тарелки, которая уменьшается вверх по колонке.

Равновесный состав пара для каждой стадии:

Допущение: тарелки в колонке имеют 100% эффективность (пар и жидкость, выходящие из тарелки, находятся в равновесии)

\ [y_ {i} = \ frac {\ alpha x_ {i}} {1 + (\ alpha-1) x_ {i}} \]

Замена альфа уравнением, зависящим от температуры, показывает, как температура тарелки влияет на количество бензола в парах, покидающих каждую тарелку.

Шаг 5) Запишите энергетические балансы компонентов для каждой стадии.

Энергетические балансы ODE необходимы для правильной работы динамической модели. Массоперенос происходит внутри колонны, поскольку температура изменяется от верха колонны к низу, что позволяет разделить компоненты в системе.

Поскольку энергия, вводимая в столбец, добавляется в ребойлер, ODE ребойлера является первым уравнением, вводимым в модель. В нашей модели это указано как:

\ [\ frac {d T_ {7}} {dt} = \ frac {1} {M_ {W}} \ left [L_ {6} x_ {6} -W x_ {W} \ right] \ left [ T_ {6} -T_ {7} \ right] + \ frac {q_ {r}} {M_ {W} c_ {p}} \]

Следующим шагом является добавление балансов энергии для каждой последующей ступени в ректификационной колонне.Единственная ступень в столбце, которая имеет немного другое ОДУ энергии, — это ступень подачи, определяемая по формуле:

Последний энергетический баланс — вокруг конденсатора.

Допущение: температура обратного потока орошения постоянна (нагрузка конденсатора верхнего погона меняется, чтобы это компенсировать).

Шаг 6) Определите входные данные для модели ODE

После того, как все уравнения введены в модель, все оставшиеся неизвестные переменные должны быть помещены в секцию, чтобы пользователь мог указать эти входные значения при запуске модели.Для модели дистилляции Excel ODE пользовательские входные данные включают:

1. Скорость подачи
2. Молярная доля светлого ключа в корме
3. Расход орошения
4. Уровни конденсатора, ребойлера и поддона
5. Фаза подачи (q-значение)
6. Температура подачи
7. Размер шага интеграции

Для моделирования эффектов возмущений пользователь может также изменить эти входные значения:

• Поток сырья после 200 временных шагов
• Состав корма после 600 временных шагов

Шаг 7) Используйте метод Эйлера для решения ODE

На этом этапе используется метод Эйлера.чтобы интегрировать каждое ОДУ на каждом временном шаге в интервале, чтобы найти значение параметра на следующем временном шаге. Создание графика зависимости этих значений от времени позволяет пользователю увидеть, как изменения входных значений влияют на такие параметры, как состав дистиллята и кубового остатка или скорость потока.

Дополнительные соображения для моделирования динамической дистилляции

Интерактивная модель дистилляционной колонны Excel ODE не учитывает тепловые эффекты внутри или вокруг колонны.При моделировании реальной колонны может быть полезно определить оптимальные температуры, при которых должны входить подача и орошение, чтобы достичь максимально возможного разделения. Ввод энергии в ребойлер — еще одно соображение, которое, возможно, потребуется смоделировать в экономических целях.

Кроме того, для более точной настройки модели динамической дистилляции могут быть добавлены дополнительные параметры и уравнения. Одним из примеров этого может быть добавление входного значения K _D или K _U для управления уровнями в нижней части колонны или верхнего конденсатора.

Модель устойчивого состояния

Модель установившегося состояния, которая описывается с помощью диаграммы МакКейба-Тиле, показывает теоретические стадии в колонне дистилляции бинарных компонентов. Пример диаграммы МакКейба-Тиле показан ниже.

Верхняя рабочая линия представляет собой графическое представление динамики пара / жидкости на каждой ступени в секции ректификации колонны (над ступенью подачи), а нижняя рабочая линия представляет динамику пара / жидкости в секции отпарки колонны. (ниже стадии подачи).Начальная точка верхней рабочей линии представляет состав дистиллята, а нижняя точка нижней рабочей линии представляет состав кубового остатка. Линия подачи показывает состав поступающего корма, а также то, является ли сырье паром, жидкостью или их комбинацией. Для разработки этой модели стационарного состояния необходимо знать компоненты системы, чтобы можно было получить данные о равновесии. Также для данной модели необходимо знать следующие параметры:

• коэффициент рефлюкса
• дистиллятный состав
• состав нижней части
• кормовой состав
• фаза подачи

Общие уравнения, используемые в модели установившегося состояния, приведены в таблице ниже:

Медиа: уравнения для моделирования. doc

Диаграммы МакКейба-Тиле отлично подходят для моделирования работы в установившемся режиме, но они не описывают, как возмущения влияют на работу колонны. Для каждого изменения того или иного параметра должна быть построена отдельная диаграмма МакКейба-Тиле. Динамическая модель, хотя и более сложная, чем модель устойчивого состояния, показывает, как колонна работает во время пусков, когда возникают возмущения и где возникают условия устойчивого состояния. Таким образом, динамическая модель ODE дистилляционной колонны может позволить пользователю узнать, как чистота продукта и скорость потока меняются со временем.

Глоссарий терминов

• M _i = Молярная задержка на лотке i
• L _{i — 1} = Молярный расход жидкости в тарелку i
• L _i = Молярный расход жидкости на выходе из тарелки i
• V _{i + 1} = Молярный расход пара на входе в тарелку i
• V _i = Молярный расход пара на выходе из тарелки i
• x _i = мольная доля легкого компонента в жидкой фазе лотка i
• y _i = мольная доля легкого компонента в газовой фазе лотка i
• B = Расход нижней части
• D = Расход дистиллята
• f = Скорость подачи
• = Относительная летучесть системы бензол-толуол.
• q = Значение состава пара и жидкости

Наша модель дистилляции Excel

Ниже вы найдете ссылку на нашу модель дистилляции в Excel. Это исключительно большая загрузка, поэтому это может занять некоторое время, если вы не используете высокоскоростное подключение к Интернету. Поскольку для завершения итераций требуется некоторое время, вычисления в электронной таблице не выполняются непрерывно. Наберитесь терпения, так как выполнение расчетов при изменении рабочих параметров может занять несколько секунд.Кроме того, из-за характера итеративного процесса, который Excel использует для определения значений ячеек, большие отклонения могут вызвать сбой модели, что приведет к ошибке # Ошибка # для многих ячеек. В этом случае закройте модель и снова откройте ее с веб-сайта, чтобы попробовать другие параметры.

Чтобы продемонстрировать динамические изменения, происходящие во время работы, пошаговые изменения включены в модель Excel. Чтобы показать влияние изменения подачи, введите изменение в ячейку C-18. Это изменение произойдет при t = 2 мин в течение 2 минут, а затем расход сырья вернется к исходному значению.Чтобы продемонстрировать изменение состава корма при t = 6 мин, введите изменение в ячейку C-19 в модели Excel. Это изменение состава будет постоянным в остальное время и не вернется к предыдущему значению. Обратите внимание на изменения, происходящие на графиках, когда происходят эти пошаговые изменения. Модель Excel можно найти здесь => СМИ: ODEDistillationModel-Final.zip

Эта модель имеет заданный диапазон регулирования, поскольку типичная работа дистилляционных колонн требует работы в определенном диапазоне значений, где входные параметры незначительно меняются.Для исходной модели рекомендуется использовать следующие переменные.

• Поток исходного материала в колонну = 50,00
• Состав корма (xF) = 0,5
• Расход орошения = 15
• Нижний поток при T = 0 = 35,00
• Мтрей = 10
• Мконденсатор = 50
• Mребойлер = 50
• qF = 0,4
• Температура подачи = 80
• Температура рефлюкса = 80
• Начальная температура колонки = 80
• Qребойлер = 100

Избегайте резких изменений начальных значений, иначе может произойти значительная ошибка, которая приведет к сбою модели. Основная причина этого связана с тепловым воздействием, которое учитывается в модели, и тем фактом, что количество тарелок на колонне установлено равным 6.

Термины, обычно используемые при дистилляции

• Активная область тарелки: Область тарелки, где движущийся вверх пар входит в контакт с нисходящей текущей жидкостью (где происходит массообмен)
• Нисходящий стакан: Участок на стороне тарелок, где жидкость течет через дистилляционную колонну
• Нарушение (по отношению к перегонке): Любое незначительное изменение в дистилляционной колонне, вызванное внешним или внутренним источником, которое приводит к изменчивости продукта
• Затопление: Жидкость из активной области тарелки уносится в поток пара (происходит при низких отношениях L / V)
• Контроль соотношения: Регулируемое соотношение двух управляемых переменных
• Загрязнение лотка: Активная площадь лотка уменьшена, что снижает эффективность разделения внутри колонны
• Расстройство: Любое серьезное изменение в перегонке, вызванное внешним источником, который вызывает неустойчивую работу колонны, требующую ручного управления для усиления контроля.
• Точки запотевания: Жидкость из активной области тарелки просачивается вниз через тарелку вместо того, чтобы течь через сливной стакан (происходит при высоких отношениях L / V)

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

Используя приведенную выше модель дистилляционной колонны в формате Excel, посмотрите, как изменение концентрации исходного материала нарушает установившееся уравновешивание начального потока и как колонка, таким образом, приспосабливается к изменению состава исходного материала на указанном временном шаге.Затем определите влияние изменения расхода исходного материала и потока флегмы в указанные моменты времени во время работы колонки. Кроме того, определите эффект увеличения размера шага для использования в методе Эйлера.

Помните: чрезмерное изменение может привести к взрыву дистилляционной колонны, поэтому будьте осторожны при определении разумных изменений. Введите , изменяет расхода или концентрации в C17-C20 электронной таблицы. Введите новый размер шага в ячейку D21.

Решения

Нормальный выходной сигнал концентрации для дистилляционной колонны показан ниже.Расход сырья 50 моль / мин, скорость флегмы 15 моль / мин, состав сырья 0,5 мольной доли легкого компонента. Размер шага 0,01 минуты.

Студенты должны видеть, что импульсное изменение скорости потока на самом деле не меняет профиль устойчивого состояния колонки. Однако изменение концентрации исходного материала приведет к тому, что колонка подскочит, а затем уравновесится для новых значений концентрации. Ниже приведен график с изменением скорости потока сырья до 100 моль / мин и изменением концентрации до 0.6 световой составляющей.

Увеличение размера шага приведет к сбою модели, поскольку ошибка, связанная с производными, становится больше с каждой взятой производной. Ниже шаг 0,05 минуты. В какой-то момент производные становятся полезными данными, и поэтому модель дистилляционной колонны взрывается невероятными значениями, как показано ниже.

Пример \ (\ PageIndex {2} \)

Как новый сотрудник специализированной химической компании, вы попадаете на проект, где вас просят разработать и указать элементы управления на современной дистилляционной колонне, используемой для разделения двоичной системы.Ваш руководитель дает вам несколько подсказок о механизме контроля, основанном на происходящем химическом взаимодействии.

• Товарным компонентом является тяжелый компонент, а смесь имеет низкую относительную летучесть.
• Легкий компонент вообще непригоден для использования, однако он чрезвычайно токсичен и требует точного контроля.
• Это небольшая операция, требующая разделения при низком давлении.
• На предприятии возникли проблемы с паром, который обычно используется для нагрева ребойлера.

Нарисуйте модель P&ID того, как вы бы смоделировали этот столбец, упомяните все элементы, которые вы должны учитывать в процессе, и то, что вы бы сделали для управления ими.

Ответ

Поскольку желателен контроль тяжелых компонентов, вам понадобится контур обратной связи, основанный на режиме работы ребойлера, регулирующего состав кубового остатка. Также обратите внимание на то, насколько точный контроль расхода пара вверх по колонне может быть лучше всего осуществлен с помощью регулирования ребойлера. Поскольку это низкое давление, вы должны начать беспокоиться о уносе и возможности затопления колонки.Поэтому должны быть датчики давления, контролирующие давление в колонне, чтобы поддерживать его на оптимальном уровне, используя насадочную колонку вместо тарельчатой ​​колонны, чтобы обеспечить лучшее разделение компонентов. Поскольку было доказано, что наличие пара на объекте является проблемой, вы, вероятно, захотите иметь избыточность, встроенную в пар ребойлера, или, возможно, иметь собственную автономную подачу пара, потому что это потенциально может поставить под угрозу качество вашего продукта.

.