DESTYLACJA ,

REKTYFIKACJA

DESTYLACJA ,

REKTYFIKACJA

DESTYLACJA

DESTYLACJA

Jedną

z

metod

rozdzielania

mieszanin

ciekłych,

wieloskładnikowych jest destylacja. Rozdzielenie mieszaniny
ciekłej przez destylację jest możliwe tylko wtedy, gdy
temperatury wrzenia poszczególnych składników tej mieszaniny
są różne. Proces ten polega na doprowadzeniu mieszaniny
ciekłej, tzw. surówki destylacyjnej, do stanu wrzenia i zamianie
jej częściowo w parę, która po skropleniu tworzy destylat o
innym składzie niż mieszanina wyjściowa.

Destylacja – jako metoda rozdzielania mieszanin ciekłych – jest
powszechnie

stosowana

w

przemyśle

spożywczym

i

chemicznym. Dla przykładu można wymienić : rozdzielanie ropy
naftowej, brzeczek pofermentacyjnych (w celu otrzymania
alkoholu etylowego, butylowego, acetonu itp.), rozdzielanie
skroplonych gazów (np. powietrza).

Destylacja – jako metoda rozdzielania mieszanin ciekłych – jest
powszechnie

stosowana

w

przemyśle

spożywczym

i

chemicznym. Dla przykładu można wymienić : rozdzielanie ropy
naftowej, brzeczek pofermentacyjnych (w celu otrzymania
alkoholu etylowego, butylowego, acetonu itp.), rozdzielanie
skroplonych gazów (np. powietrza).

DESTYLACJA PROSTA

DESTYLACJA PROSTA

Aparatura do destylacji prostej

1 – destylator, 2 – skraplacz, 3 – odbieralniki, 4 –
króciec dopływowy surówki, 5 – dopływ pary, 6 –
odpływ skroplin, 7,8 – woda chłodząca

Surówkę doprowadza się porcjami do destylatora 1, zaopatrzonego
w element grzejny, np. wężownicę. Para destylatu, bogatsza w
składnik bardziej lotny zostaje skroplona w kondensatorze 2, z
którego destylat (jako produkt) zostaje odprowadzony do
odbieralnika 3. Odbierając destylat w kilku odbieralnikach, można
otrzymać kilka frakcji destylatu o różnej zawartości składnika
bardziej lotnego.

DESTYLATOR Z

DEFLEGMATOREM

1 – kocioł, 2 – deflegmator, 3 –
skraplacz, 4 – ogrzewanie, 5,6 – woda
chłodząca, 7 – para, 8 – destylat

Stopień rozdziału składników w wyniku destylacji
prostej jest niewielki. W celu jego zwiększenia
stosuje się destylację z deflegmatorem. Para
powstała z odparowania surówki w destylatorze 1
dopływa do rurek wymiennika ciepła (płaszczowo-
rurkowego) 2, w których na skutek chłodzenia wodą
częściowo się skrapla, powracając do destylatora
jako tzw. powrót. Część pary która się nie skropliła,
przepływa do kondensatora 3, gdzie ulega
skropleniu i ochłodzeniu i jako destylat odpływa do
odbieralników. Wymiennik ciepła 2, w którym
następuje częściowo skraplanie składników
destylowanych i powrót w stanie cieczy do
destylatora, nosi nazwę deflegmatora, a proces
częściowej kondensacji – procesem deflegmacji.

REKTYFIKACJA

REKTYFIKACJA

Mała wydajność destylacji prostej może być zwiększona przez
zastosowanie

destylacji

wielostopniowej.

Destylacja

wielostopniowa ma jednak wiele wad, m. in. wymaga znacznego
dopływu energii (każdy kocioł destylacyjny ma oddzielne
ogrzewanie) oraz prowadzi do otrzymania jednego destylatu i
wielu odcieków. Znacznie prościej można to osiągnąć, stosując
proces rektyfikacji, który jest procesem wielokrotnego
odparowania mieszaniny ciekłej i wielokrotnej kondensacji
powstałej pary, a więc wielokrotnej destylacji w tym samym
aparacie, podczas przeciwprądowego przepływu cieczy w dół
aparatu, a pary w górę aparatu.
Proces rektyfikacji polega zatem na przeciwprądowym
zetknięciu się cieczy i pary, między którymi przebiega
równoczesna wymiana ciepła i masy.

REKTYFIKACJA

REKTYFIKACJA

Proces rektyfikacji można prowadzić w kolumnach półkowych
lub w kolumnach z wypełnieniem. Wybierając między kolumną
półkową a kolumną z wypełnieniem nieruchomym należy
zwrócić uwagę na następujące fakty:

1. kolumny wypełnione, są tańsze od półkowych,
2. kolumny półkowe pracują w większym zakresie zmian
natężenia przepływu cieczy aniżeli kolumny wypełnione,
3. opór przepływu pary w kolumnach wypełnionych jest
mniejszy od oporu przepływu gazu w kolumnach półkowych,
4. ciężar kolumny półkowej o tej samej zdolności przerobowej
jest mniejszy od ciężaru kolumny wypełnionej,
5.

w

kolumnach

wypełnionych

istnieje

większe

prawdopodobieństwo występowania przestrzeni, w których brak
jest kontaktu międzyfazowego, aniżeli w kolumnach półkowych,

REKTYFIKACJA CIĄGŁA -

SCHEMAT

REKTYFIKACJA CIĄGŁA -

SCHEMAT

Surówka ze zbiornika 1 dopływa do wymiennika ciepła 2, z którego po
podgrzaniu dopływa do kolumny rektyfikacyjnej 3 na odpowiedniej wysokości.
W kolumnie surówka miesza się z cieczą spływającą z górnej części kolumny i
spływa w dół, stykając się z parą wytworzoną w kotle destylacyjnym 4.
Podczas przeciwprądowego przepływu mieszaniny cieczy i pary następuje
wzbogacanie pary w składnik łatwiej lotny i cieczy w składnik trudniej lotny.
Para dopływa do deflegmatora 5, w którym większa jej część zostaje
skroplona. Pozostała część skrapla się w kondensatorze i jako produkt
odpływa do zbiornika 8. Ciecz wyczerpana z kotła destylacyjnego odpływa
króćcem przelewowym 9 Surówka do zbiornika zasilającego 1 jest tłoczona
pompą 10. Nadmiar surówki spływa przelewem 11 do dolnego zbiornika
zasilającego.

Aparatura rektyfikacyjna o

działaniu ciągłym

1-zbiornik surówki, 2-wymiennik
ciepła, 3-kolumna rektyfikacyjna, 4-
kocioł destylacyjny,5-
deflegmator,6-skraplacz, 7-latarka
kontrolna, 8-rektyfikat, 9-ciecz
wyczerpana, 10-pompa, 11-przelew
surówki

PÓŁKI KOLUMN REKTYFIKACYJNYCH

ORAZ ABSORPCYJNYCH

PÓŁKI KOLUMN REKTYFIKACYJNYCH

ORAZ ABSORPCYJNYCH

Idealna półka kolumny rektyfikacyjnej lub
absorpcyjnej powinna wykazywać się:

- maksymalnym rozdrobnieniem fazy gazowej,

- dużymi współczynnikami wnikania masy,

- małymi oporami przepływu,

- szybkim wyrównywaniem stężeń na półce,

- łatwą konstrukcją,
- być tanią.

Półki dzwonowe (kołpakowe)

z rurami przelewowymi

1 – dzwony, 2 – rury
przelotowe,

3 – wycięcia, 4 – rura przelewowa

PÓŁKI

DZWONOWE

PÓŁKI

DZWONOWE

1

2

3

4

D

h

p

h

r

h

c

h

cz

d

p

d

c

d

d

Para przepływa z dolnej półki
na górną rurami przelotowymi
2, nad którymi są umieszczone
dzwony 1. Dzwony na całym
obwodzie mają wycięcia lub
otwory 3. Ciecz z półki górnej
spływa na dolną rurą
przelewową 4.

PÓŁKI

TUNELOWE

PÓŁKI

TUNELOWE

Półki tunelowe

1 – prostokątne rury przelotowe,

2 - tunele

1

2

Wysoki koszt wykonania półek dzwonowych,
jest ich wadą. Znacznie niższy jest koszt
wykonania półek tunelowych, w których
przepływ cieczy jest równoległy do tunelu.
Para przepływa z półki niższej na wyższą
prostokątnymi rurami 1 o znacznie większej
długości niż ich szerokość. Rury od góry są
zakryte prostokątnymi tunelami 2, które na
swoim obwodzie mają analogiczne wycięcia,
jak dzwony. Tymi wycięciami para wypływa
na daną półkę.

PÓŁKI TUNELOWE

PÓŁKI TUNELOWE

Półki tunelowe

konstrukcja

KOLUMNY WYPEŁNIONE

KOLUMNY WYPEŁNIONE

Zadanie wypełnienia – stworzenie najkorzystniejszych warunków

zetknięcia pary z cieczą.

Wypełnienie powinno posiadać:

1. dużą wytrzymałość mechaniczną (górne warstwy zgniatają

dolne).

2. małą gęstość.
3. odporność na działanie czynników chemicznych.
4. niską cenę.
5. małe opory przepływu (dużą porowatość ).

6. dużą powierzchnię właściwą m

2

/m

3

.

Stosowane rodzaje wypełnień:
1. pierścienie
2. siodełka i inne kształtki ceramiczne
3. spirale z drutu, siatek i taśm
4. koks i kwarc
5. kraty drewniane i metalowe (wypełnienia strukturalne)

REKTYFIKACJA (KOLUMNA Z

WYPEŁNIENIEM

)

REKTYFIKACJA (KOLUMNA Z

WYPEŁNIENIEM

)

Kolumna rektyfikacyjna z

wypełnieniem o działaniu

okresowym

1 – płaszcz kolumny, 2a, 2b –
przegrody rusztowe, 3a i b –
wypełnienie, 4 – stożek kierujący, 5 –
dopływ pary, 6 – do deflegmatora, 7 –
powrót, 8 - destylat

Kolumna z płaszczem 1 ma wewnątrz jedno, dwa
lub kilka den rusztowych 2a, 2b, na których
spoczywa wypełnienie w warstwach 3a, 3b o
wysokości około 2m. Od dołu ku górze przepływa
para, która stykając się z cieczą spływającą w dół
wzbogaca się w składnik bardziej lotny, a ciecz
wzbogaca się w składnik trudniej lotny.

W porównaniu z kolumnami półkowymi kolumny z wypełnieniem mają
znacznie prostszą budowę, dlatego są znacznie tańsze. Ich szersze
zastosowanie do rozdzielania układów ciekłych jest jednak ograniczone ze
względu na trudności w równomiernym rozpływie cieczy po wypełnieniu. Z
innych wad kolumny z wypełnieniem należy wymienić wrażliwość na zmiany
natężenia przepływu cieczy i pary, zwanego obciążeniem kolumny. Gdy
obciążenie cieczą jest zbyt małe, cała powierzchnia wypełnienia jest
zwilżona, co spowoduje zmniejszenie powierzchni zetknięcia
międzyfazowego. Zbyt duże obciążenie cieczą powoduje tzw. zalanie
kolumny, po którym następuje gwałtowny wzrost oporów przepływu pary.

RODZAJE WYPEŁNIEŃ

RODZAJE WYPEŁNIEŃ

Wypełnienia pojedyncze

pierścienie i kształtki

pierścienie – cylindryczne króćce ceramiczne lub metalowe o
średnicy równej wysokości (15 – 150 mm).
Pierścienie o małej średnicy (do 50 mm) są nasypywane
swobodnie. Przy większych średnicach stosuje się układanie w
regularne rzędy przesunięte względem siebie (otwory pierścieni
nie tworzą prostych kanałów).

RODZAJE WYPEŁNIEN

RODZAJE WYPEŁNIEN

Wypełnienia pojedyncze

– spirale i wytłoczki spirale z drutu i taśm metalowych, wytłoczki
z tworzyw sztucznych

– koks i kwarc
Koks i kwarc o granulacji 25  100 mm usypuje się swobodnie w

kolumnie na rusztach lub płytach sitowych.
Zalety: niski koszt i odporność na czynniki agresywne
Wady: mała powierzchnia właściwa i mała objętość swobodna,
duża gęstość kwarcu, kruchość koksu

RODZAJE WYPEŁNIEŃ – wyp.

pośrednie

RODZAJE WYPEŁNIEŃ – wyp.

pośrednie

Wypełnienia strukturalne

, są

wykonywane z powtarzających
się elementów tworzących
regularne pakiety wypełnień.

Np.

wypełnienie kratownicowe

(raczej do kolumn absorpcyjnych):

 grubość desek 10  13 mm,

 wysokość 100  150 mm,

 odstępy między deskami 13  20 mm,

 dolne krawędzie desek ścięte pod kątem, w ściętej części
trójkątne wycięcia co 200  250 mm

 deski ułożone w kręgi – kręgi ułożone tak, aby deski dwóch
kolejnych rzędów tworzyły kąt 45 lub 90°

Zalety: mała masa i niewielki koszt wykonania

Wady: mała odporność korozyjna, mała powierzchnia właściwa,
mała objętość swobodna

WYPEŁNIENIA STRUKTURALNE

WYPEŁNIENIA STRUKTURALNE

Rodzaje wypełnień

– wypełnienia strukturalne

Wykonanie z blachy, tworzyw sztucznych, ceramiki

Zalety: małe opory przepływu odniesione do liczby jednostek
przenikania masy

Wady: łatwe wydzielanie osadów z fazy ciekłej lub gazowej (

zarastanie wypełnienia)

KONIEC

KONIEC