Перегонка гомогенных жидких смесей

Ректификация и дистилляция являются наиболее распространенными способами разделения однородных жидких смесей. Ректификация – это разновидность перегонки жидкостей, по существу представляет собой частичное испарение разделяемой смеси и последующую конденсацию образующихся паров, совершаемое однократно или многократно. Разделение перегонкой основано на различной летучести компонентов при одинаковой температуре.

Ректификация – один из важнейших технологических процессов гидролизной и нефтеперерабатывающей промышленностей. Для ректификации бинарных и многокомпонентных смесей применяются исключительно аппараты колонного типа – насадочные и барботажные ректификационные колонны. По устройству они не отличаются от абсорберов аналогичного типа.

Ректификация нефти является более сложным примером разделения многокомпонентных смесей и имеет ряд особенностей, но также проводится в трубчатых колонных аппаратах, которые в зависимости от условий перегонки подразделяются на атмосферные, вакуумные и атмосферно-вакуумные. Для переработки сернистых нефтей успешно функционируют комплексы электролитических обессоливающих установок и атмосферно-вакуумных колонн ЭЛОУ+АВТ (как для первичной, так и для вторичной многоступенчатой перегонки нефтяных фракций) производительностью до 6 млн. тонн сырья в год.

Технологические схемы подобных установок довольно сложны, но в то же время являются наглядным представлением процессов, примером компоновки и практического применения различных сопутствующих и вспомогательных аппаратов, рассмотренных в других разделах пособия.

	4 5 6 V II III IV I 1 1 1 7 8 7

Рис. 4.18.

Ректификационная установка

Непрерывного

действия:

1 – сборники, 2 – подогреватель, 3 – ректификационная колонна, 4 – дефлегматор, 5 – разделительный сосуд, 6 – холодильники, 7 – насосы, 8 – кипятильник. Потоки: I – исходная смесь, II – водяной пар, III – конденсат, IV – пар, V – вода

Рис. 4.19. Ректификационная

Установка для разделения

Многокомпонентной смеси

Рис. 4.20. Схема установки для

азеотропной ректификации:

1 – ректификационная колонна, 2 – отстойник (сепаратор), 3 - подогреватель

Рис. 4.21. Схемы ректификации многокомпонентных углеводородных смесей (нефти):

а – первый вариант, б – второй вариант, в – третий вариант (сложная колонна); 1 – теплообменник, 2 – конденсатор-холодильник, 3 – емкость орошения, 4 – ректификационная колонна, 5 – отпарная колонна (стриппинг). Потоки: I – нефть, II – бензин, III – керосин, IV – дизельное топливо, V – газойль, VI – мазут, VII – водяной пар, VIII – газ

5 III IV 2 6 1 V 3 VI I II VII

Рис. 4.22. Вакуумная колонна:

I 5 VI II 3 III V 5 VI V 4 5 VI V III V 4 5 VI III V VI 5 III V 5 VI 1 III V VI 5 III 4 IV 5 VI

1 – корпус, 2 – ректификационные тарелки, 3 – отбойник, 4 – конденсатор-холодильник, 5 – отстойник, 6 – холодильник. Потоки: I – мазут, II – водяной пар, III – несконденсировавшиеся газы, IV – вода, V – циркуляционное орошение, VI – боковой продукт, VII - гудрон

Рис. 4.23. Схема трубчатой установки для перегонки нефти до гудрона:

1 – трубчатая печь, 2 – ректификационная колонна, 3 – отпарная колонна, 4 – теплообменники, 5 – холодильники, 6 – конденсатор-холодильник. Потоки: I – нефть, II – верхний продукт, III – боковые продукты, IV – гудрон, V – водяной пар, VI – вода

II I IV III

Рис. 4.24. Внутренняя отпарная секция:

1 – глухая тарелка, 2 – паровой патрубок, 3 – ректификационная тарелка, 4 – сливной стакан, 5 – желоб, 6 – маховик, 7 – шток, 8 – сборник орошения, 9 – маточник водяного пара, 10 – гидравлический затвор, 11 – тарелка. Потоки: I – боковая фракция, II – орошение, III – водяной пар

Рис. 4.25. Односекционная отпарная колонна (стриппинг):

I – вход фракции, II – выход паров, III – выход фракции, IV – водяной пар

Рис. 4.26. Технологическая схема

атмосферно-вакуумной установки (АВТ) для перегонки сернистой нефти:

1 – трубчатые печи, 2 – атмосферная колонна, 3 – вакуумная колонна, 4 – отпарная колонна, 5 – конденсатор-холодильник, 6 – водоотделитель, 7 – теплообменник, 8 – холодильник, 9 – барометрический конденсатор, 10 – эжектор. Потоки: I – нефть, II – боковой продукт, III – верхний продукт, IV – газ, V – мазут, VI – гудрон, VII – водяной пар, VIII – вода, IX – несконденсировавшиеся пары и газы

Рис. 4.27. Технологическая схема установки ЭЛОУ + АВТ-6 со вторичной перегонкой бензина:

1 – теплообменники, 2 – электродегидраторы, 3 – отбензинивающая колонна, 4, 14, 15 – трубчатые печи, 5 – основная атмосферная колонна, 6 – отпарные колонны, 7 – аппараты воздушного охлаждения, 8 – стабилизационная колонна (десорбер), 9 – ректификационные колонны вторичной перегонки бензина, 10 – вакуумная колонна, 11 – конденсаторы-холодильники, 12 – емкости орошения, 13 – вакуумсоздающая аппаратура. Потоки: I – нефть, II – сухой газ, III – сжиженный газ, IV – фракция низкокипящего компонента 62ºС, V – фракция 62…105ºС, VI – фракция 105…140ºС, VII – фракция 140…180ºС, VIII – фракция 180…220ºС, IX – фракция 220…280ºС, X – фракция 280…350ºС, XI – фракция 280…350ºС в колонну 5, XII – фракция 350…500ºС, XIII – гудрон, XIV – отбензиненная нефть, XV – горячая струя, XVI – мазут, XVII – водяной пар, XVIII – смесь бензиновых фракций, XIX – стабильный бензин

Экстракция

Экстракция протекает с участием двух взаимно нерастворимых жидкостей, между которыми распределяется одно или несколько экстрагируемых веществ. Для повышения скорости процесса исходный раствор и экстрагент находятся в тесном контакте. В результате взаимодействия жидких фаз получается экстракт (раствор извлеченных веществ в экстрагенте) и рафинат (остаточный исходный раствор). Затем производится их разделение, извлечение целевых продуктов из экстракта (ректификацией или реэкстракцией), регенерация экстрагента из рафината.

В зависимости от вида контакта между жидкими фазами экстракционные аппараты бывают ступенчатые (изменение состава фаз происходит скачкообразно) и дифференциально-контактные (изменение состава фаз близко к непрерывному).

В процессе экстракции для увеличения скорости массопередачи дисперсная фаза (одна жидкость) распределяется в сплошной фазе (другой жидкости) в виде капель. В зависимости от источника энергии, используемой для диспергирования фаз, экстракторы подразделяются на аппараты с диспергированием за счет собственной энергии потоков и аппараты с введением энергии извне (посредством мешалок, пульсации, вибрации, центробежных сил и т.д.).

Рис. 4.28. Полочные колонные экстракторы:

а – с полками «диск – кольцо», б – с чередующимися полками типов 1 и 2. Потоки: I, III – легкая жидкость, II, IV – тяжелая жидкость

Рис. 4.29. Распылительный колонный экстрактор:

1 – корпус, 2 – распылитель дисперсной фазы, 3 – трубы для ввода тяжелой жидкости (сплошной фазы), 4 – гидравлический затвор, 5 – регулирующий вентиль. Потоки: I, III – легкая жидкость, II, IV – тяжелая жидкость

Рис. 4.30. Аппарат для экстракции

в системе «твердое тело – жидкость»:

1 – горизонтальный цилиндрический барабан, 2 – передняя крышка, 3 – задняя крышка, 4 – штуцер для ввода твердого материала, 5 – бандаж, 6 – опорный ролик, 7 – зубчатая передача, 8 – червячный редуктор, 9 – электродвигатель, 10 – лопасти, 11 – штуцер для отвода концентрированного раствора и твердого остатка, 12 – тепловая изоляция

Рис. 4.31.

Колонный экстрактор

С псевдоожиженным

(кипящим) слоем:

1 – колонна, 2 – штуцер для ввода свежего растворителя, 3 – распределительная решетка, 4 – кольцевой желоб, 5 – штуцер для отвода концентрированного раствора, 6 – штуцер для отвода твердого остатка, 7 – загрузочная труба для твердого материала

Рис. 4.32. Трубчатый экстрактор:

1 – труба, 2 – насос, 3 – паровая рубашка, 4 – штуцер для ввода промывной воды. Потоки: I – твердый материал, II – растворитель, III – пар, IV – конденсат

Массовая кристаллизация

Кристаллизация – выделение из растворов твердой фазы в виде кристаллов (однородных твердых тел различной геометрической формы с плоскими гранями) – в химической технологии используется для выделения чистых веществ из их растворов. Массовая кристаллизация обычно проводится за счет достигаемого различными способами понижения растворимости кристаллизуемого вещества из водных растворов и растворов органических веществ.

В производственных условиях в процесс кристаллизации включаются: собственно кристаллизация, удаление кристаллов из маточного раствора, промывка и сушка кристаллов и реже перекристаллизация. По принципу действия кристаллизационные аппараты подразделяются на кристаллизаторы с удалением части растворителя (выпарные кристаллизаторы), кристаллизаторы с охлаждением раствора, вакуум-кристаллизаторы, кристаллизаторы с псевдоожиженным слоем.

Рис. 4.33. Кристаллизационный аппарат

с псевдоожиженным слоем:

1 – корпус, 2 – труба вскипания, 3 – сборник, 4 – теплообменник, 5 – насос, 6 – циркуляционная труба, 7 – центральная труба. Потоки: I – раствор, II – пар, III – конденсат, IV – вторичный пар, V – маточный раствор, VI – суспензия

Рис. 4.34. Выпарной аппарат-кристаллизатор с подвесной греющей камерой:

1 – корпус аппарата, 2 – нагревательная камера, 3 – нутч-фильтры. Потоки: I – раствор, II – пар, III – конденсат, IV – вторичный пар

Рис. 4.35.

Качающийся кристаллизатор:

1 – корыто, 2 – бандаж, 3 – опорные ролики. Потоки: I – раствор, II – суспензия

	I 3 4 V V II 2 2 III IV III

Рис. 4.36. Вальцовый кристаллизатор:

1 – барабан, 2 – корыто, 3 – полые валы, 4 – нож для съема кристаллов.

Потоки: I – раствор, II – пар, III – конденсат, IV – кристаллический продукт, V – вода

II 3 3 3 3 III 2 2 2 4 1 1 I IV

Рис. 4.37. Многоступенчатая вакуум-кристаллизационная установка:

1 – корпуса-испарители, 2 – поверхностные конденсаторы, 3 – пароструйные насосы, 4 – барометрический конденсатор. Потоки: I – раствор, II – пар, III – вода, IV – суспензия в центрифугу

Сушильные установки

Сушка материалов, заключающаяся в полном их обезвоживании путем испарения влаги и удаления образующихся паров, является сочетанием связанных друг с другом процессов теплообмена и массопередачи (влагообмена). Сушка проводится двумя основными способами: путем непосредственного соприкосновения сушильного агента (нагретого воздуха, топочных газов) с высушиваемым материалом – конвективная сушка; путем нагревания высушиваемого материала теплоносителем через теплопроводящую стенку – контактная сушка. Существуют также специальные виды сушки материалов: путем нагревания инфракрасным излучением (радиационная сушка), токами высокой частоты (диэлектрическая сушка) и в замороженном состоянии при глубоком вакууме (сублимационная сушка).

Обобщающая классификация сушильных установок затруднена ввиду значительного разнообразия их конструкций. Использующиеся в технологических процессах сушилки различаются по ряду признаков: по способу подвода тепла (контактные, конвективные), по виду используемого теплоносителя (воздушные, газовые), по величине давления в сушильной камере (атмосферные, вакуумные), по взаимному направлению движения высушиваемого материала и сушильного агента (прямо-, противоточные), по способу организации процесса (периодические, непрерывные).

I II 5 8

Рис. 4.38. Камерная сушилка:

1 – сушильная камера, 2 – вагонетки, 3 – козырьки, 4, 6, 7 – калориферы, 5 – вентилятор, 6 – шибер. Потоки: I – свежий воздух, II – отработанный воздух

Рис. 4.39. Петлевая сушилка:

1 – питатель, 2 – бесконечная сетчатая лента, 3 – прижимные вальцы, 4 – цепной конвейер, 5 – направляющий ролик, 6 – автоматическое ударное устройство, 7 – разгрузочный шнек, 8 – вентилятор

Рис. 4.40. Вибросушилка:

1 – амортизатор, 2 – пружина, 3 – выгрузочный люк, 4 – вибратор, 5 – двигатель, 6 – газораспределительная решетка, 7 – желоб, 8 – смотровое окно. Потоки: I – влажный материал, II – воздух, III – высушенный материал, IV – отработанный воздух

Рис. 4.41. Гребковая вакуум-сушилка:

1 – корпус сушилки, 2 – паровая рубашка, 3 – мешалка, 4 – загрузочный люк, 5 – трубы, способствующие перемешиванию материала, 6 – разгрузочный люк, 7 – штуцер для присоединения к вакууму

I 3 I 6 6 5 4 3 2 1 III II 4 7 7 7 4 8 8 II 8 IV III

Рис. 4.42. Двухвальцовая сушилка:

1 – кожух, 2 – ведомый полый валец на подвижных подшипниках, 3 – ведущий полый валец, 4 – сифонные трубки для отвода конденсата, 5 – привод, 6 – ножи, 7 – верхние досушиватели, 8 – нижние досушиватели. Потоки: I – загрузка, II – пар, III – конденсат, IV – выгрузка

Рис. 4.43.

Распылительная сушилка:

1 – камера сушилки, 2 – форсунка, 3 – шнек для выгрузки высушенного материала, 4 – циклон, 5 – рукавный фильтр, 6 – вентилятор, 7 – калорифер

	2 1 4 I 2 II 1 9 III 6 8 7 3

Рис. 4.44. Типы терморадиационных сушилок:

а – сушилка на газовом обогреве открытым пламенем, б – сушилка на обогреве продуктами сгорания газов; 1 – излучающая панель, 2 – газовая горелка, 3 – транспортер высушиваемого материала, 4 – выхлопная труба, 5 – вентилятор, 6 – камера сгорания, 7 – эжектор, 8 – воздухоподогреватель. Потоки: I – газ, II – горячий воздух, III – рециркуляция

Рис. 4.45. Пневматическая сушилка:

1 – бункер, 2 – питатель, 3 – труба, 4 – вентилятор, 5 – калорифер, 6 – сборник-амортизатор, 7 – циклон, 8 – разгрузочное устройство, 9 – фильтр

Учебное издание

Сергей Васильевич Гунич

Елена Владимировна Янчуковская

Аппараты

Химической технологии

Печатается в авторской редакции

Компьютерный набор и верстка С.В. Гунич

Подписано в печать 30.11.2007. Формат 60 × 84 / 8.

Бумага офсетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 7.

Уч.-изд. л. 6,75. Тираж 200 экз. Зак. 682. Поз. плана – к.