На практике встречаются способы перегонки: простая дистил­ляция, периодическая ректификация в колонных аппаратах и не­прерывная ректификация.

Простая дистилляция является наиболее простым способом перегонки. Схема установки для осуществления этого процесса довольно несложная.

Установка состоит из куба, конденсатора и приемника для ди­стиллята. Перегонный куб обычно снабжают змеевиком для подо­грева жидкости при помощи водяного пара. Применяют и другие способы подогрева, например, на голом огне, электрическим то­ком и т. д. Работа на установке для простой перегонки произво­дится периодически. Куб загружают разделяемой смесью, нагре­вают и частично выпаривают. Выделяющиеся из куба пары отводят в конденсатор и обращают в нем при помощи охлаж­дения в жидкое состояние. Образующийся дистиллят стекает в сборник.

По мере хода перегонки содержание легкокипящего компонен­та в жидкости куба постепенно понижается.

Ректификация. Простую перегонку, как указывалось, приме­няют только для грубого разделения смесей. Этот метод для получения более или менее чистых конечных продуктов является очень громоздким и сопряжен с очень большой затратой тепла.

Теперь, если необходимо полное разделение исходной смеси, прибегают к так называемой ректификации.

Ректификация представляет собой перегонку, проводимую так, что образовывающийся в перегонном аппарате пар приходит во взаимодействие с жидкостью, полученной путем частичной конден­сации ранее выделившегося пара. Конденсат, который приводится во взаимодействие с паром, носит название флегмы.

Взаимодействие флегмы и пара осуществляется в так назы­ваемых колоннах-аппаратах, представляющих собой цилиндриче­ской формы сосуды, внутри которых расположен ряд так назы­ваемых тарелок (рис. 73). Иногда вместо тарелок колонны запол­няют насадкой.

Колонна 1 снабжена рядом тарелок, расположенных одна под другой на расстоянии 0,2—0,5 м в зависимости от интенсивности процесса ректификации и физико-химических свойств ректифици­руемой смеси.

Каждая тарелка представляет собой горизонтальную перего­родку с одной или несколькими паровыми патрубками 3 и слив­ными патрубками 4 для флегмы.

Паровые патрубки 3 прикрыты сверху колпачками 2, края ко­торых до дна тарелки не доходят, образуя здесь кольцевой зазор.

Вверху колонны расположен дефлегматор 5, представляющий собой обычный конденсатор того или иного устройства. Назначе­ние дефлегматора — частично конденсировать пар, выходящий из верхней части колонны. Получаемый здесь конденсат с высоким содержанием легкокипящего компонента или иначе флегму, на­правляют через разделитель на орошение колонны.

Окончательная конденсация пара происходит в конечном кон­денсаторе 7. Вытекающая отсюда жидкость (дистиллят) состоит уже почти из одного легкокипящего компонента, который через фонарь 8 направляется в сборник.

Флегма из дефлегматора поступает сначала на самую верхнюю тарелку колонны 1, а отсюда по переливным патрубкам перете­кает на нижерасположенные тарелки.

Разделяемая смесь пара поступает в колонну снизу и дви­жется внутри колонны вверх, т. е. противотоком по отношению к флегме.

Проходя через тарелки, паровая смесь поступает по паровому патрубку 3 сначала под колпачки 2, а затем в виде пузырьков, бар - ботирует через слой жидкости; при этом между паровой и жидкой фазой происходит взаимодействие, приводящее к обогащению пара легкокипящим компонентом.

Чтобы попять сущность взаимодействия между паром и жидко­стью на тарелках колонны и причину обогащения пара легкокипя­щим компонентом, предположим, что выходящий из колонны пар имеет концентрацию легкокипящего компонента, равную х, выра­жаемую на диаграмме (рис. 74) отрезком а. При полной конден­сации этого пара в дефлегматоре будет получаться жидкость та­кого же состава. При частичной конденсации концентрация легко­кипящего компонента жидкости будет несколько ниже; допустим, что она будет выражаться отрезком а'. Из диаграммы видно, что концентрация легкокипящего компонента в парах (отрезок Ъ), равновесных с составом полученного конденсата, значительно

Рис. 73. Тарельчатая ректификационная колонна:

/—колонна; 2—колпачок; 3-паровой патрубок; сливная трубка; 5—дефлегматор; 6—Разделитель; 7—конденсатор; S— фонарь

Выше концентрации того же компонента в конденсирующемся паре.

Следовательно, при подаче этого конденсата в виде флегмы на орошение колонны и при контакте его с поднимающимся снизу более бедным паром, состав этого пара при достаточно длитель­ном контакте на тарелках должен измениться в сторону повыше­ния концентрации! легкокипящего компонента, стремясь достиг­нуть состояния равновесия.

L

Фактически этот процесс состоит в следующем: при движении пузырьков пара через слой жидкости на тарелке некоторая часть труднокипящего компонента из паровой фазы конденсируется, переходя во флегму. То тепло, которое выделяется при конден­сации труднокипящего компонента, почти полностью расходуется на испарение из жидкости соответствующего количества легкоки­пящего компонента. Таким образом, здесь между паровой и жидкой фазами происходит частичный обмен компонентами; в ре­зультате этого обмена паровая фаза обогащается легкокипящим компонентом, а жидкая — труднокипящим.

Из рассмотренных процессов, происходящих на тарелках, вид­но, что в колоннах имеет место как бы одновременно протекаю­щая и многократно повторяющаяся частичная простая дистилля­ция (испарение легкокипящего компонента из флегмы) и частич­ная конденсация (переход труднокипящего компонента в жидкость), причем особенностью всех этих процессов является то, что тепло конденсации труднокипящего компонента сейчас же используется для испарения легкокипящего компонента. Послед­ний момент является очень важным, так как этим объясняется тот факт, что в простой перегонке те же результаты разделения
могут быть достигнуты только при значительно больших затратах тепла.

Процесс ректификации можно вести в аппаратах периодиче­ского и непрерывного действия.

Процесс периодической ректификации характеризуется тем, что жидкость, подлежащая переработке, загружается в куб от­дельными порциями и затем каждая загрузка подвергается обра­ботке до тех пор, пока не будет отогнан из нее легколетучий ком­понент полностью.

Периодическая ректификация имеет ряд достоинств, к числу которых относятся простота конструкции, дешевизна изготовления и возможность применять аппараты на предприятиях небольшой мощности, где один и тот же аппарат может быть использован для ректификации разных жидких смесей.

Однако периодическая ректификация имеет и недостатки. К ним относятся: непостоянство получаемого продукта по составу и количеству; излишний расход пара на ректификацию, так как

Дится нагревать до температуры кипения отработанной жидкости, теплота которой не регенерируется.

Непрерывная ректификация отличается от периодической по­стоянством подачи питающей смеси и отбора продукта, при неиз­менном его составе, и постоянством температурного и манометри­ческого режима во всех частях аппарата и поступающей в дефлег­матор и холодильник воды.

Она имеет следующие достоинства: однородность и высокое качество получаемого продукта, пониженный расход пара (за счет рекуперации теплоты отработанной жидкости и теплоты конден­сации флегмы на нагревание питающей омеси) и воды на дефлег­мацию и охлаждение продукта, меньший расход рабочей силы на единицу вырабатываемой продукции.

К недостаткам следует отнести: повышенные первоначальные капиталовложения, так как при непрерывных аппаратах требуется дорогостоящая аппаратура—регуляторы давления пара, анали­заторы, теплообменники и т. д.; чувствительность к изменению параметров пара, воды и концентрации питающей смеси; слож­ность конструкции, вследствие чего требуются квалифицирован­ные аппаратчики.