Влияние температуры на четкость ректификации

Величины температур и давлений в колонне определяют как возможность правильного ведения процесса ректификации, так и его экономические показатели.

Выбор давления в ректификационной колонне обусловлен главным образом необходимым температурным режимом: давление в колонне повышается по сравнению с атмосферным, когда необходимо повысить температуру в колонне, или понижается путем создания вакуума, когда температура в колонне должна быть снижена.

Путем подбора соответствующего давления в ректификационной колонне обеспечивают такой температурный режим, при котором для сжиженных агентов можно использовать дешевые и легко доступные хладагенты – воду и атмосферный воздух.

Вместе с тем при повышении давления в колонне увеличивается и температура остатка, отбираемого из низа колонны. Это приводит к увеличению поверхности кипятильника вследствие уменьшения средней разности температур между теплоносителем и нижним продуктом колонны или к необходимости применения более высокотемпературного и более дорогого теплоносителя.

Кроме того, давление в ректификационной колонне может быть обусловлено также работой других аппаратов технологической установки, а также сопротивлением аппаратов и коммуникаций, расположенных после ректификационной колонны.

Понижение давления в ректификационной колонне путем создания ваакума позволяет снизить температуру в колонне, что бывает необходимо при разделении компонентов, обладающих высокими температурами кипения или термической нестабильностью.

При подаче в колонну жидкости, недогретой до температуры начала кипения, весь поток сырья (gF=F) смешивается в секции питания с потоком флегмы, стекающей с верхней тарелки концентрационной части колонны. На верхней тарелке отгонной части колонны сырьевый поток должен нагреваться до более высокой температуры за счет конденсации части паров, поступающих на эту тарелку.

При этом весь поток паров, покидающий верхнюю тарелку отгонной части колонны, поступает в концентрационную часть колонны в неизменном состоянии. Если сырье поступает в колонну при температуре начала кипения, т.е только в жидкой фазе (е=0), то, как и в предыдущем случае, весь паровой поток из отгонной части колонны будет поступать в концентрационную часть колонны в неизменном состоянии. Однако вследствие более высокой температуры нагрева сырья степень конденсации паров на верхней тарелке отгонной части колонны будет меньше.

При вводе в колонну сырья в парожидкостном состоянии, т.е. при доле отгона 0<e<1, в секции питания колонны происходит смешение паровых и жидкостных потоков сырья, как из отгонной, так и из концентрационной частей колонны. Поэтому при прохождении секции питания колонны происходит изменение потребовать меньшей поверхности теплообмена вследствие большей разности температур.

Необходимо учитывать также возможность регенерации части тепла отходящих с установки потоков, что может обусловить целесообразность работы ректификационной колонны при е>0.

Если температура сырья, поступающего в колонну, будет равна температуре его полного однократного испарения, то все сырье будет вводится в колонну в виде насыщенных паров при е=1 и =F. В этом случае в отгонную часть колонны поступает флегма только из концентрационной части колонны, а поток паров является результатом смешения.

При нагреве сырья выше температуры полного однократного испарения произойдет перегрев паров. Отличие будет состоять в том, что тепло перегрева паров должно быть снято в верхней части колонны при их контактирование с более холодной флегмой, стекающей по тарелкам концентрационной части колонны. Чтобы не допустить чрезмерного повышения температуры флегмы, стекающей с нижней тарелки концентрационной части колонны, необходимо увеличить массу этой флегмы или понизить температуру флегмы в вышележащих сечениях концентрационной части колонны.

При изменении температуры вводимого сырья будет изменяться его энтальпия, а также изменяется количество отведенного тепла из конденсатора и количество подведенного тепла в кипятильник. При повышении температуры сырья количество отбираемого в конденсаторе тепла должно также увеличиваться. При этом возрастает поток флегмы в концентрационной части колонны, а количество подводимого в кипятильнике тепла уменьшается.

Таким образом, с увеличением температуры вводимого в колонну сырья масса орошения в концентрационной части колонны также увеличивается.

Поэтому наименьшим поток орошения будет при питании колонны жидкостью, недогретой до начала кипения, а наибольшим – при питании колонны перегретым паром.

При увеличении доли отгона (температуры) сырья увеличивается общий расход тепла, особенно на нагрев и испарение сырья, хотя и уменьшается количество тепла, подводимого в кипятильнике.

Обычно при выборе доли отгона сырья принимают режим, который с учетом, как работы самой колонны, так и других факторов является в некотором смысле оптимальным.

Так, например, поскольку температура сырья меньше температуры низа колонны, то для его нагрева в целом ряде случаев можно использовать менее высокотемпературный, а следовательно, и более дешевый теплоноситель. В случае же использования одинакового теплоносителя, например, в трубчатой печи, для передачи одного и того же количества тепла сырью и остатку нагрев сырья может потребовать меньшей поверхности теплообмена вследствие большей разности температур.

Таким образом, для выбора оптимального режима ректификационной колонны требуется всесторонний анализ, учитывающий ряд факторов: расход тепла и холода, наличие соответствующих теплоносителей и хладоагентов, требуемые поверхности кипятильника, нагревателя сырья и конденсатора, размеры колонны и др.