Системы автоматизации ректификационной колонны

1)Информационно-литературный  обзор

1.1. Физико-химические основы ректификации

        Простейшими способами перегонки жидких смесей являются: 1) частичное испарение жидкости и конденсация полученных паров с отводом конденсата (простая перегонка) и 2) частичная конденсация паров перегоняемой смеси с отводом конденсата (простая конденсация). Каждый из этих процессов в отдельности не приводит к получению достаточно чистых продуктов, но, осуществляя оба эти процесса одновременно и многократно в противоточных колоннах, можно достичь разделения жидкой смеси на чистые, составляющие смесь компоненты. Такой процесс разделения жидких смесей при помощи одновременно и многократно повторяемых частичных испарений и конденсаций называют ректификацией.[1]

Процесс ректификации осуществляется в противоточных аппаратах-колоннах: пары перегоняемой жидкости протекают снизу вверх, а навстречу парам сверху вниз протекает жидкость, подаваемая в верхний элемент колонны. Между жидкой и паровой фазами возникает массообмен, вследствие которого пары по мере их продвижения по колонне обогащаются легколетучим компонентом, а жидкость—менее летучим компонентом. В конечном итоге пар, выходящий из верхней части колонны, представляет собой более или менее чистый легколетучий компонент, конденсация которого дает готовый продукт—д истиллят, а из нижней части колонны вытекает сравнительно чистый менее летучий компонент, так называемый кубовый остаток, который, так же как и дистиллят, может быть конечным продуктом перегонки.

Жидкость, поступающую на орошение колонны, называют ф л е г м о й; ее получают путем конденсации паров, поднимающихся из верхней части колонны, в специальных конденсаторах—д е ф л е г м а т о р ах. Для образования паров нижний элемент колонны снабжают греющими приспособлениями в виде змеевиков или трубчаток, в которые и подводят необходимое количество тепла, в большинстве случаев с греющим водяным паром.

Степень разделения жидкой смеси на составляющие ее компоненты и чистота получаемых дистиллята и кубового остатка зависят от того, насколько развита поверхность фазового контакта, а последнее определяется количеством орошаемой жидкости—флегмы и конструктивным оформлением аппарата.

Наиболее наглядно процесс ректификации можно проследить на схеме тарельчатой колонны (рис.1). Колонна состоит из ряда горизонтально расположенных перегородок-тарелок, имеющих большое число отверстий и переливные трубки, верхние концы которых выступают на 30—50 мм выше тарелки, а нижние—находятся в жидкости на нижележащей тарелке, что обеспечивает поддержание на тарелках определенного постоянного уровня жидкости. На нижнюю тарелку поступает пар из куба колонны, а сверху подается флегма

Рис.1.1.Схема ректификационной тарельчатой колоны:

1,2,3,4,5,6 - тарелки колонны

        На тарелке 1 жидкость содержит х1 легколетучего  компонента. Из этой жидкости выделяется пар, содержание легколетучего компонента в котором в пределе соответствует равновесному составу у1, причем у1>x1. Этот пар проходит в отверстия тарелки 2 и, соприкасаясь на ней с жидкостью, имеющей более низкую температуру по сравнению с температурой жидкости на тарелке 1, частично конденсируется, вследствие чего содержание х2 в жидкости на тарелке 2 будет больше х1.  Из этой жидкости образуется пар, состав которого в пределе будет равен равновесному составу у2 жидкости, причем у2>х2. Проходя в отверстия тарелки 3, этот пар частично конденсируется и на тарелке 3 жидкость содержит компонент х3>х2 и т. д.

       На каждой тарелке проходит массообмен между жидкой и паровой фазами, в результате чего часть легколетучего компонента переходит из жидкой фазы в паровую, а часть менее летучего компонента—из паровой фазы в жидкую. При многократном повторении процессов испарения и конденсации или, иначе говоря, при соответствующем числе тарелок можно получить в конечном итоге вверху колоннны пар чистого легколетучего компонента, а внизу колонны — остаток жидкости в виде чистого менее летучего компонента.

        Теоретически каждая тарелка колонны представляет собой ступень изменения концентрации; состав пара при выходе с тарелки равен равновесному составу жидкости при входе ее на тарелку и, следовательно, теоретически число тарелок равно числу ступеней изменения концентрации для каждого данного случая перегонки. Практически пар на тарелке равновесного состояния не достигает, и поэтому число реальных тарелок всегда будет больше теоретического числа ступеней изменения концентрации.

         Ректификацию проводят как под атмосферным давлением, так и при давлениях выше и ниже атмосферного. Давления выше атмосферного применяют в тех случаях, когда разделяемая смесь при атмосферном давлении находится в газообразном состоянии; ректификацию при пониженных давлениях (под вакуумом) проводят для разделения высококипящих смесей.

        Уравнение материального баланса:

 (1.1)

где - производительность колонны по исходной смеси,    производительность колоны по дистилляту и кубовому остатку кг/с; , , - соответственно содержания легколетучего компонента (бензола) в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке в массовых долях.

Приблизительно рабочее флегмовое число можно оценить по  формуле:

, (1.2)

где – минимальное флегмовое число.

 (1.3)

где и – мольные доли низкокипящего компонента соответственно в исходной смеси и дистилляте; – мольная доля низкокипящего компонента в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью .

Задаются 5-6 значениями коэффициента избытка флегмы в пределах от 1,05 до 5. Рассчитывают для каждого фиксированного значения флегмовое число R. Для каждого R, на y-x диаграмме строят рабочие линии (прямые) для верхней и нижней частей колонны. Затем графически определяют число теоретических тарелок для каждого варианта рабочих линий. Определяют значение функционала для каждого случая. Полученные точки соединяются плавной линией. По графику определяют, при каком достигается минимальное значение функционала .

Уравнения рабочих линий показывают какая мольная доля низкокипящего компонента находится в парообразной и жидкой фазе, взаимодействующих между собой, в различных точках колонны. Уравнения рабочих линий являются следствием уравнений материального баланса:

 (1.4)

 (1.5)

где – относительный мольный расход питания:

 (1.6)

Как видно, уравнений (1.4)-(1.5) при постоянных и являются уравнениями прямых в осях диаграммы. Линия для верхней части колонны проходит через точку , расположенную на пересечении диагонали и перпендикуляра восстановленного из точки на оси . Аналогично, рабочая линия для нижней части колонны проходит через точку , расположенную на пересечении диагонали и перпендикуляра восстановленного из точки на оси . Кроме того, продолжение линии для верхней части колонны отсекает на оси отрезок размером .

Таким образом, для построения рабочих линий необходимо рассчитать длину отрезка . Построить рабочую линию для верхней части колонны (через точки и ). Получить точу пересечения рабочей линии верхней части и перпендикуляра . Построить рабочую линию нижней части колонны (через точки  и ).

Для определения числа теоретических тарелок между рабочей линией и равновесной вписывается ломаная кривая, а затем подсчитывается число ступеней с учетом неполных ступеней.

Учитывая, что описанных построений по диаграммам необходимо выполнить 5÷6 штук, необходимо изготовить несколько диаграмм, для обеспечения надлежащего качества построений и возможности проверки. Допускается на одной диаграмме выполнить до 2-3-х построений.

Рис1.2

B процессе ректификации тепло расходуется на подогрев начальной смеси до ее температуры кипения и на кипячение смеси в кубе колонны.

Определяя расход тепла на парообразование в кубе колонны, необходимо учесть наличие флегмы GxGp кгс, причем в случае периодической ректификации следует брать среднее значение флегмового числа и среднее значение температуры паров, поднимающихся с верхней тарелки колонны.

Уравнение теплового баланса ректификационной колоны:

                          Qf+Qкип=Qw+Qд+Qпд+Qп                                                       (1.7)

 Qf– еплосодержание смести в кубе колонны после ее подогрева до температуры кипения;

Qw – теплосодержание остатка в кубе;

Qд – тепло, отдаваемое флегмой охложающей воде в дефлегматоре;

Qпд – тепло, уносимое парами дистиллята;

Qп– потери тепла в окружающую среду;

1.2.Схемы ректификации

Для ректификации используються следующие схемы:

а)Периодическая ректификация. В периодически действующей ректификационной установке (рис. 3) перегоняемую смесь загружают в куб 1, нагревают глухим паром до температуры кипения и затем непрерывно поддерживают состояние кипения. Образующийся в кубе пар поступает в колонну 2 (так называемую укрепляющую колонну), где происходит процесс ректификации.

Рис. 3. Схема периодически действующей ректификационной установки: 1—куб; 2—колонна; 3—дефлегматор; 4—холодильник-конден- сатор; 5—сборник дистиллята.

Поднимающийся с верхней тарелки пар направляется в дефлегматор 3, где часть его конденсируется и в виде жидкости—флегмы стекает обратно на верхнюю тарелку для орошения колонны. Несконденсировавшиеся пары из дефлегматора поступают в холодильник 4, где они полностью конденсируются, и полученный жидкий дистиллят охлаждается до заданной температуры. Из холодильника дистиллят поступает через контрольный фонарь в сборник 5. По ареометру, который находится в фонаре, контролируют конденсацию дистиллята по удельному весу. Наблюдая через фонарь за протеканием дистиллята, регулируют скорость перегонки.

Если при перегонке нужно отобрать несколько фракций с различной температурой кипения, то устанавливают несколько сборников дистиллята (по числу фракций) и по мере протекания перегонки собирают фракции в отдельные сборники.

Ректификацию в периодически действующей колонне ведут до тех пор, пока не получат в кубе жидкость заданного состава, после чего обогрев куба прекращают, остаток сливают в сборники, а в куб загружают новую порцию начальной смеси, которую снова перегоняют до получения дистиллята заданного состава.

б)Непрерывная ректификация. Для непрерывного протекания процесса ректификации необходимо, чтобы поступающая на разделение смесь соприкасалась со встречным потоком пара с большей концентрацией труднолетучего (высококипящего) компонента, чем в смеси.

Поэтому в установках для непрерывной ректификации (рис. 3) колонны выполняют из двух частей: нижней 1 (и с ч е р п ы в а ю щ е й) и верхней 3 (укрепляющей). В исчерпывающей части колонны происходит удаление легколетучего компонента из стекающей вниз жидкости, а в верхней—обогащение поднимающихся вверх паров легколетучим компонентом.

Начальная жидкая смесь непрерывно поступает из напорного резервуара 4 на верхнюю тарелку исчерпывающей части колонны (так называемую п и тате л ь- н у ю тарелку). Проходя до колонны через подогреватель 2, смесь подогревается обычно до температуры кипения на питательной тарелке. На питательной тарелке жидкость смешивается с флегмой из укрепляющей части колонны и, стекая по тарелкам, взаимодействует с поднимающимся навстречу паром, более богатым труднолетучим (высококипя- щим) компонентом; При этом из жидкости удаляется легколетучий (низкокипящий) компонент.

Рис.4. Схема непрерывно действующей ректификационной установки: 1—исчерпывающая часть колонны; 2—подогреватель «сходной смеси; 3—укрепляющая часть колонны; 4— напорный резервуар; 5—дефлегматор; 6—холодильник- кондеисатор; 7—сборник дистиллята; 8—сборник кубового остатка; 9— контрольный смотровой фонарь.

Таким образом, в исчерпывающей части колонны происходит процесс ректификации (исчерпывания) жидкости. В нижний элемент колонны стекает жидкость, состоящая почти целиком из труднолетучего компонента. Часть ее, так называемый кубовый остаток, непрерывно отводится, а остальная часть испаряется за счет тепла глухого греющего пара, подводимого в нижний элемент колонны (кипятильник).

Пар поднимается по всей колонне снизу вверх, обогащается легколетучим компонентом и поступает в дефлегматор 5. Здесь часть пара конденсируется и возвращается в колонну, где стекает в виде флегмы сверху вниз. Другая часть пара поступает в холодильник-конденсатор 6, где происходят его конденсация и охлаждение полученного дистиллята; дистиллят направляется в сборник 7. Греющий пар подводится в змеевик, установленный в кубе колонны; из куба непрерывно стекает в сборник 8 остаток от перегонки, т. е. почти чистый менее летучий компонент.

Так как исходная смесь поступает на ректификацию непрерывно, то при установившемся состоянии состав жидкости и пара на каждом участке колонны остается неизменным. В некоторых случаях в дефлегматоре производится конденсация всех паров, поднимающихеячиз колонны. Полученный конденсат делится на две части: одна часть поступает в виде флегмы обратно в колонну, другая же направляется в холодильник, где охлаждается до заданной температуры дистиллята.

Для сокращения расхода пара иногда используют теплоту конденсации в дефлегматоре и теплоту отходящей жидкости из колонны для нагрева начальной смеси, поступающей в колонну, до температуры ее кипения. Однако ввиду сложности регулирования процесса целесообразно использовать теплоту конденсации для других целей, а не непосредственно на работу колонны.

Рис.5. Схема установки для ректификации трехкомпонентных смесей.

При непрерывной ректификации смесей, состоящих более чем из двух компонентов, схема установки значительно сложнее, так как требуется колонна с дефлегматором для каждого добавочного компонента, и эта колонна также должна состоять из двух частей - исчерпывающей и укрепляющей.

При непрерывной ректификации смеси, состоящей из трех компонентов, каждый из которых надо выделить в более или менее чистом виде, возможны два варианта установки, показанные на рис. 5. В обоих случаях сначала в одной колонне отделяют один компонент от двух остальных, а затем в другой колонне разделяют эти два компонента друг от друга.

По варианту I в первой колонне отделяют наименее летучий из компонентов (компонент С) в виде кубового остатка из колонны, остальные же два—А и В—в виде жидкого дистиллята из холодильника первой колонны поступают на перегонку во вторую колонну, где компонент А, как более летучий, получают в дистилляте, а менее летучий компонент В является кубовым остатком, удаляемым из колонны.

По варианту II в первой колонне в чистом виде выделяют более летучий компонент А как дистиллят, остальные же два компонента В и С, получающиеся в первой колонне как кубовый остаток, непрерывно в жидком виде поступают в качестве начальной смеси во вторую колонну, где компонент В выделяется в виде дистиллята, а компонент С—как кубовый остаток из колонны.

Вариант I иногда несколько видоизменяют, а именно дистиллят из первой колонны, состоящей из смеси компонентов А и В, не конденсируют в холодильнике, а в виде пара направляют непосредственно во вторую колонну, чем достигается некоторое снижение расхода теплоносителя.

в)Экстрактивная ректификация. [2] Разделение смесей близкокипящих компонентов, характеризующихся очень низкой относительной летучестью (ε< 1,05), методом обычной ректификации сопряжено со значительным усложнением и удорожанием промышленных установок. В этих случаях кривая фазового равновесия подходит очень близко к диагонали на х-у - диаграмме, и требуемое число ректификационных тарелок сильно возрастает даже при больших коэффициентах избытка флегмы. Процесс разделения может быть, однако, упрощен путем добавления к исходной бинарной смеси растворимого в ней третьего компонента — разделяющего агента, способного резко повысить относительную летучесть основных компонентов.

Ректификация жидких смесей с использованием разделяющего агента, получившая название экстрактивной ректификации, осуществляется по схеме, приведенной на рис. 6, а. Установка состоит из двух обычных ректификационных колонн, в первую из которых на одну из верхних тарелок укрепляющей части вводится поток разделяющего агента. Последний растворяется в стекающем потоке флегмы, повышает относительную летучесть и, следовательно, интенсивность отгонки низкокипящего компонента, увлекая вниз, как бы экстрагируя из паровой фазы высококипящий компонент.

Рис.6. Экстрактивная ректификация:

а — схема установки: 1,2 — ректификационные колонны; 3 — вход исходной смеси; 4 — вход разделяющего агента; 5 — насос для подачи регенерированного разделяющего агента: б — к расчету числа теоретических тарелок.

 Кубовая жидкость первой  колонны, представляющая собою смесь разделяющего агента и высококипящего компонента исходной смеси, ректифицируется во второй колонне, откуда дистиллят (высококипящий компонент исходной смеси) отводится по назначению, а кубовый остаток (регенерированный разделяющий агент) возвращается на повторное использование в первую колонну.

Эффективность разделяющих агентов применительно к конкретным жидким смесям определяется опытным путем и надежному расчету не поддается. Установлен, однако, ряд качественных положений, облегчающих выбор разделяющего агента среди множества существующих химических соединений. Так, относительная летучесть возрастает по мере увеличения разности температур кипения эквимолекулярных смесей, образуемых разделяющим агентом с каждым из компонентов разделяемой смеси. Разделяющий агент увеличивает относительную летучесть компонента, обладающего наименьшей взаимной растворимостью с ним. При этом полезно учесть, что взаимная растворимость жидкостей уменьшается по мере удаления друг от друга членов ряда: вода — низшие жирные кислоты — гликоли — амиды — низшие кетоны — низшие альдегиды —нитропроизводные углеводородов — эфиры — галогенозамещенные углеводороды — углеводороды. Заметим, также, что относительная летучесть возрастает с увеличением концентрации разделяющего агента, но зависит от состава и свойств разделяемой смеси (в том числе от полярности, водородных связей и др.).

Кроме повышения относительной летучести компонентов разделяемой смеси, к разделяющим агентам предъявляют ряд других требований: низкое давление паров (малая летучесть), легкость регенерации, безопасность; применения, доступность, низкая стоимость, термостойкость, химическая инертность по отношению к компонентам разделяемой смеси и конструкционным материалам. Разделяющие агенты не должны образовывать азеотропных смесей с компонентами разделяемых смесей.

г)Ректификация гомоазеотропных смесей. Состав и температура кипения гомоазеотропных смесей зависят от давления. С ростом последнего, согласно правилу Вревского, у положительных гомоазеотропов возрастает относительная концентрация компонента с большей теплотой испарения, а у отрицательных гомоазеотропов—компонента с меньшей теплотой испарения. Заметим, что при некотором внешнем давлении, характерном для каждой смеси, азеотропная точка вообще исчезает. Если в приемлемом интервале давлений и р2, причем р1 > рг) состав гомоазеотропа изменяется значительно, то разделение такой смеси возможно в двух ректификационных колоннах (рис. 7).

                                           а                                      б

Рис.7. а — установка для разделения смеси с положительным гомоазеотропом; б — установка для разделения смеси с отрицательным гомоазеотропом;1, 2 — ректификационные колонны; 3 — вход исходной смеси; 4 — первый дистиллят; 5 — второй дистиллят; А— низкокипящий компонент; В — высококипящий компонент.

Практическое применение двухколонных ректификационных установок, требующих обычно работы одной из колонн под вакуумом, встречает большие затруднения при разделении смесей, состоящих из компонентов с большой летучестью. Из-за низкой температуры кипения таких смесей конденсатор вакуум-ректификационной колонны нуждается в специальных хладоагентах, усложняется работа вакуум-насоса и происходят потери веществ с отсасываемой им парогазовой смесью. В связи с этим нашел преимущественное применение метод ректификации при помощи разделяющего агента, образующего азеотропы с одним или обоими компонентами разделяемой смеси. При добавлении разделяющего агента к смеси с положительным гомоазеотропом образуются бинарные или тройной  азеотропы, кипящие при более низких температурах, чем исходная смесь.

Рис.8. Схема-установка для азеотропной ректификации смеси этанол-вода     1 — азеотропная колонна; 2 — отгонная колонна; 3 — укрепляющая колонна; 4 — вход »сходной азеотропной смеси; 5 — выход этанола; 6 — выход воды; 7 — отстойник

Разделяющий агент выбирается опытным пугем. В отличие от экстрактивной ректификации разделяющий агент при азеотропной ректификации отводится из ректификационной колонны в виде дистиллята, а не с кубовым остатком.

В качестве примера промышленного применения азеотропной ректификации с разделяющим агентом рассмотрим процесс разделения азеотропной смеси этанол — вода на практически чистые компоненты (абсолютирование спирта). Разделяющий агент (бензол) практически нерастворим в воде, но смешивается во всех отношениях с этанолом, образуя тройной гетероазеотроп бензол— этанол—вода. Последний имеет более низкую температуру кипения (64,85 °С), чем бинарный азеотроп этанол—вода (78,15 °С).

Установка состоит из трех колонн: азеотропной, отгонной и укрепляющей (рис. 8).

д)Ректификация гетероазеотропных смесей. Жидкие смеси, состоящие из компонентов с ограниченной взаимной растворимостью и образующие в известных условиях гетероазеотропы, бывают двух видов: эвтектические и неэвтектические.Так как в парах смесей второго типа концентрация низкокипящего компонента всегда больше, чем в равновесных жидких фазах, то разделение таких смесей возможно в обычной ректификационной колонне с подачей обеих жидких фаз на разные тарелки (рис. 9. б). При этом низкокипящий компонент отводится с дистиллятом, а вышекипящий — с кубовым остатком.

Рис.9. Ректификация гетероазеотропиых смесей:

а — диаграмма равновесия; б — схема установки для разделения неэвтектических смесей; в — схема установки для разделения эвтектической смеси.

Разделение смеси эвтектического типа в самом общем случае производится в двухколонной установке, принципиальная схема которой показана на рис.9,в. Пары обеих колонн имеют, очевидно, одинаковую концентрацию низкокипящего компонента. Часть этих паров (дистиллятов) после конденсации возвращается в колонны на их орошение (возврат флегмы), а другая часть направляется в отстойник, где после охлаждения до требуемой температуры расслаивается. Нижний слой, более бедный низкокипящим компонентом, присоединяется к потоку исходной смеси состава, поступающему в первую колонну. Верхний слой, более богатый низкокипящим компонентом, направляется во вторую колонну. Кубовые остатки, содержащие преимущественно Высоко- и низкокипящий компоненты, отводятся соответственно из первой и второй колонн.

Заметим, что применение установки, состоящей из двух полных колонн (рис.9, б), не всегда обязательно. В зависимости от свойств разделяемых смесей и требуемых составов продуктов разделения одна или даже обе колонны могут быть только исчерпывающими (без укрепляющих частей).

е)Солевая ректификация. Отыскание жидкого разделяющего агента, способного изменить относительную летучесть компонентов разделяемой смеси в требуемой степени и желательном направлении применительно к экстрактивной и азеотропной ректификации, как уже подчеркивалось, представляет очень сложную задачу. Заметим также, что даже при наличии эффективного разделяющего агента его регенерация часто очень сложна, как, например, при азеотропной ректификации смеси этанол—вода. В ряде случаев увеличение относительной летучести близкокипящих компонентов, сдвиг и даже полное исчезновение азеотропной точки достигается методом солевой ректификации. Последняя Основана на изменении условий фазового равновесия системы в присутствии минеральных солей, растворимых в жидкой фазе, но не вступающих с ней в химическую реакцию. Таким образом, отличительной особенностью солевой ректификации является присутствие в жидкой фазе нелетучего вещества, выполняющего роль разделяющего агента. Как правило, относительная летучесть компонентов бинарной смеси возрастает с увеличением концентрации соли в растворе, причем уменьшается летучесть компонента, в котором данная соль лучше растворима. Так, например, при добавлении солей к водным растворам спиртов, органических кислот и других веществ падает относительная летучесть воды.

Технологически выгодны минеральные соли с меньшей растворимостью в иизкокипящем и большей растворимостью в высококипящем компоненте. Заметим также, что рост разделяющего эффекта соли с увеличением ее концентрации указывает на преимущественную выгодность применения солевой ректификации для разделения разбавленных смесей.

Основной проблемой, возникающей при проектировании солевой ректификации, является выбор разделяющего агента и нахождение его эффективности. Решению этой проблемы способствует ряд установленных опытом и теорией качественных положений, не заменяющих, однако, непосредственного экспериментального определения равновесных концентраций жидкость—пар в присутствии конкурирующих солей и в зависимости от их концентрации.

Для осуществления солевой ректификации могут быть использованы обычные ректификационные колонны, дооборудованные солерастворителем. При этом возможна подача соли путем ее предварительного растворения в потоке флегмы и исходной смеси, а регенерация соли — путем выпаривания кубового остатка.

1.3. Аппаратура  перегонных установок

Типы и конструкции аппаратов, применяемых для перегонки жидкостей, зависят от физических и химических свойств перегоняемых смесей, их температуры кипения, давления, при котором ведется перегонка, и способа обогрева.

Перегонные кубы. Перегонный куб представляет собой вертикальный или горизонтальный цилиндрический сосуд, который устанавливают непосредственно под колонной или вне ее. Выносной куб соединен с колонной сифонной трубой, по которой в него поступает жидкость, и трубопроводом для удаления паров. Перегонный куб снабжают нагревательным устройством в виде трубчатки, рубашки или змеевика (рис. 389). Поскольку куб играет роль выпарного аппарата, стремятся создать в нем достаточно интенсивную циркуляцию жидкости, для чего применяют выносную трубчатку или центральную циркуляционную трубу.

Рис.10. Конструкция перегонных кубов

          Куб обогревают главным образом глухим паром, но иногда используют и дымовые газы. В последнем случае куб устанавливают в кирпичной кладке печи.

Размеры перегонных кубов зависят от производительности установки и организации процесса (периодический или непрерывный).

В периодически действующих установках в куб загружают сразу всю смесь, подлежащую разделению за одну операцию. При этом куб работает с непрерывным понижением уровня жидкости. Лишь в некоторых случаях в куб периодически действующей установки непрерывно добавляют начальную смесь для поддержания в нем постоянного уровня жидкости.

Полезная емкость куба зависит от вспениваемости перегоняемой смеси. При перегонке непенящихся жидкостей куб может быть загружен до 75% его объема; однако для лучшего отделения пара от жидкости стремятся увеличить паровое пространство, и степень наполнения куба принимают'—60%. Емкость перегонных кубов колеблется в пределах 1000—25000 л. В непрерывно действующих установках кубом служит нижний элемент колонны (кипятильник), размеры которого должны быть достаточны для размещения нагревательных устройств.  

Степень разделения смеси жидкостей на составляющие компоненты и чистота получаемых дистиллята и кубового остатка зависят от того, насколько развита поверхность фазового контакта, а следовательно, от количества орошающей жидкости (флегмы) и устройства ректификационной колонны.

В промышленности применяют колпачковые, ситчатые, насадочные, пленочные трубчатые колонны и центробежные пленочные ректификаторы. Они различаются в основном конструкцией внутреннего устройства аппарата, назначение которого — обеспечение взаимодействия жидкости и пара. Это взаимодействие происходит при барботировании пара через слой жидкости на тарелках (колпачковых или ситчатых) либо при поверхностном контакте пара и жидкости на насадке или поверхности жидкости, стекающей тонкой пленкой.

Тарельчатые колпачковые колонны (рис. 11.а) наиболее часто применяют в ректификационных установках. Конструктивная схема устройства колпачка и обозначения основных размеров приведены на рис. а.

Пары с предыдущей тарелки попадают в паровые патрубки колпачков и барботируют через слой жидкости, в которую частично погружены колпачки. Колпачки имеют отверстия или зубчатые прорези, расчленяющие пар на мелкие струйки для увеличения поверхности соприкосновения его с жидкостью. 

Рис.11.Ректификациооные колонны

1 - куб колонны; 2 - колонна.

Переливные трубки служат для подвода и отвода жидкости и регулирования ее уровня на тарелке. Основной областью массообмена и теплообмена между парами и жидкостью, как показали исследования, является слой пены и брызг над тарелкой, создающийся в результате барботажа пара. Высота этого слоя зависит от размеров колпачков, глубины их погружения, скорости пара, толщины слоя жидкости на тарелке, физических свойств жидкости и др. Расчет основных размеров колпачков и некоторые рекомендации изложены в методике расчета тарельчатых колпачковых колонн(рис12.а).