Физика процесса.

Ректификация это тепло- и массообменный процесс, применяемый для разделения жидких смесей, компоненты которых различаются по температурам кипения. Процесс осуществляется при взаимодействии потоков пара и жидкости, которые имеют разные составы и температуры. Суть этого процесса заключается в многократно повторяющихся по высоте колонны испарениях жидкости и конденсации ее паров.

Первоначальный пар, образующийся в испарительной емкости (кубе), поднимается по колонне вверх и взаимодействует на своем пути с жидкостью (флегмой), стекающей низ. Его температура несколько выше температуры флегмы, он нагревает её, и охлаждается сам. Пар и флегма находятся в состоянии близком к конденсации и испарению. В таких условиях сначала конденсируются вещества, имеющие большую температуру кипения, а испарятся те, которые имеют меньшую температуру кипения. По мере удаления от куба температура постепенно понижается и меняется состав пара и флегмы, то есть происходит расслоение их на фракции по высоте колонны. Причем, самая легкая фракция (вещество, имеющее минимальную температуру кипения из всех веществ в кубе) скапливается в верхней части колонны в виде пара и флегмы, находящихся в равновесном состоянии.

Пар этой фракции конденсируется в дефлег-маторе, установленном наверху колонны. Часть конден-сата отбирается (Е), а другая часть возвращается обратно в колонну в виде флегмы (R). Соотношение между этими частями является основным режимным параметром при ректификации и называется флегмовым числом - V=R/E.
Флегмовое число устанавливается с помощью регулятора отбора. Уменьшая отбор, Вы увеличиваете V и улучшаете качество получаемого дистиллята (он приб-лижается к своей азеотропной точке с минимальным содержанием попутных веществ), и наоборот, увеличивая отбор, Вы уменьшаете V и снижаете качество дистиллята. Каждому веществу соответствует свое оптимальное V.

Так, например, при получении ректификата этилового спирта (для которого оптимальное флегмовое число V=2,5-3,0), если увеличить отбор до максимума (когда нет возврата флегмы в колонну R=0, т.е. V=0), то тепломассообменные процессы в колонне полностью прекращаются, и сложная ректификационная установка превратится в обычный «самогонный аппарат».

В промышленности применяются ректификационные установки непрерывного действия. В этих установках 85%-ый спирт-сырец и перегретый водяной пар смешиваются в нижней части колонны и превращаются в 40%-ый водно-спиртовой насыщенный пар при температуре 94°C. Эта паровая смесь непрерывно поступает в ректификационную колонну, расслаивается по ее высоте на отдельные фракции, которые непрерывно и с определенным темпом отбираются из разных частей колонны. Для обеспечения нормальной работы таких непрерывных колонн требуются достаточно сложные и дорогие элементы автоматики.

В химических и физических лабораториях обычно применяют ректификационные колонны периодического действия, не требующие никакой автоматики. Эти колоны оборудованы только элементарными средствами регулировки отбора, температурного контроля и манометрическим измерителем перепада давления в колонне.
Принципиальная схема периодической ректификационной установки представлена на рисунке. Установка состоит из испарительной емкости – куба 1 и ректификационной колонны, установленной вертикально на крышке куба. Куб заполнен перерабатываемой жидкостью 2, нагрев и испарение которой осуществляется нагревателем 3. Колонна включает в себя ректификационную часть и головку колонны. Ректификационная часть колонны представляет собой трубу 4, покрытую снаружи теплоизоляцией 5 и заполненную внутри контактными элементами 6. Головка колонны представляет собой систему патрубков, к которой в соответствии со схемой подсоединены термометр 7, конденсатор 8, охладитель 10 и регулятор отбора 9. Внизу ректификационной части колонны часто монтируется манометрическая трубочка 13 для измерения перепада давления в колонне. Через охладитель 10 и конденсатор 8 постоянно протекает охлаждающая вода.
По этой схеме изготавливаются все домашние СпиртЗаводы.