Ректифікаційні апарати періодичної дії
Ректифікаційні апарати періодичної дії
Ректифікація - зміцнення спиртових парів і звільнення ректифікованого спирту від наявних домішок.
Ректифікації апарат періодичної дії складається з куба а, ректифікаційної колони б, дефлегматора В, холодильника Г, сортувального ліхтаря Д, сівухопромивателя (на малюнку не показаний, так як він стоїть в іншому приміщенні) і парового регулятора е.
куб
Куб ректифікованого апарату одночасно служить збіркою спирту, яке зазнає ректифікації, і пароутворювачем спиртового пара.
Вертикальний куб ректифікованого апарату (рис. 4) має форму циліндра, діаметр якого дорівнює або трохи менше його висоти. Куб ректифікованого апарату виготовляють зазвичай з листового заліза. Дно куба плоске, а кришка конічна, рідше - сферична, з горловиною в центрі, на яку встановлюють колону ректифікації.
Недоліком вертикального куба є порушення його герметичності в момент пуску апарату, тобто на початку обігріву. Тому при виготовленні необхідно особливо ретельно обробляти місця з`єднання його частин.
Усередині куба для нагріву переганяється спирту поміщаються два змійовика: один для гострого, а другий для мятого або відпрацьованого пара. При необхідності великий поверхні нагрівання додають третій змійовик. У цьому випадку два змійовика роблять циліндричними, а третій - спіральним і поміщають його паралельно дну куба.
Для прискорення нагрівання вмісту (навалювання) куба, особливо при кубах великої місткості, ставлять ще барботер, т. Е. Трубу з дрібними отворами, за допомогою якої не тільки посилюється нагрів, а й розмішується вміст куба.
Вихідний кінець кожного змійовика з`єднують з автоматичним приладом (конденсаційним горщиком), відводить конденсат пара, (т. Е. Воду). Ці вихідні кінці змійовиків всередині куба повинні мати
значний ухил у бік конденсаційного горщика, щоб внутрішні поверхні кожного змійовика були якомога менше покриті конденсаційної водою, що перешкоджає передачі тепла переганяється рідини через стінки змійовика.
На вертикальній стінці куба роблять лаз такої величини, щоб в разі потреби можна було вийняти через нього частини змійовиків і провести необхідний ремонт.
До останнього часу ємність куба розраховували на якомога більшу кількість годин роботи ректифікованого апарату. Вважалося найбільш раціональним будувати куб на 48-60 годин нормальної продуктивності колони.
Куби малої місткості невигідні, тому що на підготовчі операції для ректифікації витрачається стільки ж часу, скільки і для кубів великої місткості, через що на отримання річної продукції залишається мало часу.
Товщина стінок вертикального куба визначається по котельні формулою, але до розрахункової товщині зазвичай додають 0,1 см з огляду на властивості стали іржавіти.
Днище і кришку куба розраховують за відповідними формулами (товщина їх стінок більше, ніж товщина вертикальних стінок куба).
У паропріемніках, що працюють під тиском вище 1 ати, не можна робити стінки тонше 7 мм. Куб ректифікованого апарату, хоча і є приймачем спиртового пара, але працює під тиском всього 0,2-0,25 ати. Тому законоположення про паропріемніках до нього не застосовуються.
Поверхня нагріву змійовиків розраховують на передачу такої кількості тепла, яке необхідно для перетворення в пару спирту, одержуваного в годину. і погона, що повертається протягом години з ректифікаційної колони в куб.
Відео: Ректифікаційна колона і принцип її роботи
Величина поверхні нагрівання змійовиків обумовлюється нормальної продуктивністю ректифікаційної Колони для колони продуктивністю 100 л / год ректифікату I сорту при робочому тиску обігрівального пара в 3 ати ставлять змійовик в 5 м 2. Якщо в змійовики надходить пом`ятий пар, то поверхня нагрівання збільшують до 7 8 м2. При змішаному обігріві - м`ятим і гострою парою - враховують співвідношення обох видів пара.
Зазначені поверхні нагрівання відносяться до змеевикам, зробленим з міді. У разі застосування сталевих змійовиків поверхню нагріву повинна бути на 25% більше.
За даними проф. А. А. Фукса 1 на якість ректифікату (в сторону його погіршення) впливає величина поверхні нагріву змійовиків, так само як і характер пара (перегрітий або насичений) і його тиск. Зрозуміло, що від величини поверхні нагрівання залежить продуктивність апарату.
Найбільш ефективно працюючий змійовик спроектований Д. Круповесом (рис. 5).
Змійовик складається з кільцевої магістралі а, забезпеченою 10 патрубками б1 -Б10. розташованими на однаковій відстані одна від одної, і з 10 витків. кожен виток ж змійовика зігнутий у вигляді спіралі-одним кінцем він приєднується до патрубків б1 - Б10 кільцевої магістралі а, а іншим - до патрубкам B 1 - B 10 кільцеподібної труби г, з якої конденсаційна вода відводиться через патрубок д. Пара поступає в кільцеву магістраль а по трубі е.
Кільцева парова магістраль а розташована горизонтально у периферії куба. В описаному пристрої обігріває поверхні водно-спиртова рідина правильно циркулює по всьому кубу, що сприятливо відбивається на її нагріванні. У периферії куба відбувається найсильніше кипіння і утворюються найсильніші висхідні потоки рідини, у міру ж наближення до кільцеподібної трубі г сила їх зменшується. Усередині кільця, утвореного трубою г, немає кипіння-тут утворюються спадні струми, і рідина опускається на дно, підходить до спіралям і знову піднімається вгору. Для швидкого стоку конденсаційної води спіралі змійовика розташовані не в горизонтальній площині, а поступово, при цьому патрубок д поміщається внизу труби м
Коефіцієнт теплопередачі змійовика системи Круповеса в п`ять разів більше, ніж при звичайних змеевиках. Тому для апаратів з продуктивністю ректифікату 1 сорту 100 л / год ставлять змійовики з поверхнею нагріву всього 1 м2.
Величина коефіцієнта теплопередачі змійовика залежить від пристрою системи для відведення утворилася в ньому конденсаційної води. Разом з конденсаційної водою з змійовиків не повинен йти пар. Тому що утворилася воду відводять з найнижчої точки змійовика через конденсаційний горщик.
Однак ще до сих пір в ректифікаційних цехах є змійовики, з яких вода відводиться по трубах, що йдуть догори - майже до рівня вхідних штуцерів, через які пар подається в змійовики. В цьому випадку змійовик майже весь заповнений водою і коефіцієнт його теплопередачі в кілька разів нижче, ніж у змійовика, заповненого тільки парою. Тому конденсаційні горщики необхідно ставити, по крайней мере, на 0,5 нижче нижнього штуцера змійовика, через який відводиться конденсат.
Конденсат, що утворюється в змійовику, що обігрівається гострою парою, після того як він пройшов через конденсаційний горщик, може бути піднятий на значну висоту (відповідно 3Д тиску всередині змійовика). Для того щоб стовп конденсату, що знаходиться в трубопроводі, не тиснув на відвідний механізм конденсаційного горщика, на вихідному штуцері горщика повинен стояти зворотний клапан.
Чим вище піднімається конденсат, отриманий в змійовику, що обігрівається гострою парою, тим більше тиск всередині нього (при нормальному тиску в апараті в 2-2,4 м вод. Ст.). Якщо потрібно, наприклад, підняти конденсат на 10 м вище конденсаційного горщика, то всередині змійовика тиск дорівнюватиме 14 м вод. ст. або 1,4 ати.
Конденсат гострого пара не слід піднімати занадто високо, тому що виходить при цьому підвищений тиск викликає кинута змійовиків з тонкими стінками (вони дають тріщини) і пязоив згорток між фланцями.
Конденсаційний горщик може обслуговувати змеевики тільки однаковим тиском. Для змійовика, що обігрівається м`ятим паром ставиться окремий конденсаційний горщик, конденсат з якого не може високо підніматися.
Відео: розрахунок ректифікаційної колони безперервної дії
Конденсаційний горщик добре працює тільки при нормальній продуктивності, а не максимальної, зазвичай вказується в каталогах.
Нормальною продуктивністю конденсаційного горщика прийнято вважати максимальної продуктивності. Підбір продуктивності конденсаційного горщика ведуть на 1 дкл 1 сорту спирту.
Приклад. На 1 дкл спирту 1 сорту має бути витрачено не більше 12 кг пара. При продуктивності апарату 100 дкл / год витрачається, отже, 1 200 кг пара. Стільки ж виходить кілограмів конденсату.
Максимальна продуктивність конденсаційного горщика в чотири рази більше нормальної, т. Е. Дорівнює (1200 X 4) = 4 800 кг / год.
При визначенні вказаної максимальної продуктивності і температури всередині змійовика 110 гр Цельсія, 1 кг води буде мати обсяг 1,05 л. Отже, зі змійовика буде відходити 5040 л води.
Горизонтальний куб.
Останнім часом в спиртової промисловості стали застосовувати також горизонтальні куби, головною перевагою яких є їх герметичність: при розігріві вони рівномірно розширюються, без різких деформацій штампованих сферичних днищ.
Горизонтальні куби обладнуються НЕ змеевиками (їх важко ремонтувати, і, крім того, вони не забезпечують герметичності фланцевих з`єднань), а нагрівальними трубчатка (рис. 6).
Нагрівальна трубчатка має дві розподільні коробки а й б для пара з закріпленими в них трубами.
Мал. б. Нагрівальна трубчатка: а- передня розподільна коробка б-задня розподільна коробка в -горловіна переднього днища куба.
Труби мають у своєму розпорядженні в шаховому порядку для кращого використання площі розподільних коробок.
Розподільна коробка а кріпиться до горловини в переднього днища куба. Розподільна коробка б залишається вільною, так як вона підтримується на рейках роликами. Така конструкція трубчатки дає можливість трубах вільно розширюватися, завдяки чому досягається повна їх герметичність в розподільних коробках і подовжується термін служби трубчатки.
Товщину стінок горизонтального куба розраховують по котельні формулою, так само як товщину сталевого горизонтального циліндричного судини.
Стінки горизонтального куба роблять товщі стінок вертикального куба, внаслідок чого і вартість його дорожче, однак це компенсується перевагами при експлуатації.
якщо на горизонтальний куб встановлюють колону безпосередньо, то йому надають відповідну жорсткість, влаштовуючи усередині нього спеціальні конструкції, які беруть на себе навантаження колони і розподіляють її на весь куб.
Куб забезпечується наступною арматурою: водомірними кранами зі скляними трубками для вказівки рівня рідини в кубе- кранами для запуску спирту і води в куб- паровими вентілямі- краном для випуску залишається в кубі води після закінчення перегонкі- пробними кранами на відвідних трубах від парових змійовиків, для контролю щільності змійовиків, т. е. для з`ясування, не проникає в них спиртова рідина, втрачається в цьому випадку безвозвратно- повітряним клапаном, автоматично оберігає від утворення всередині куба і головним чином в колоні вакууму (безповітряного простору), при якому внаслідок зовнішнього тиску може сплюснутися апарат і порушитися його герметічность- термометром, що показує температуру в різних стадіях перегонки.
Тиск в кубі в процесі роботи показує парової регулятор- він же замінює і запобіжний клапан, як правило, не встановлюється, так як куб повідомляється з атмосферою через колону ректифікації, дефлегматор і холодильник.
Паровий простір куба повідомляється з паровим простором нижнього резервуара парового регулятора, за допомогою якого підтримується постійний тиск в кубі під час роботи апарату.
Пружинний манометр не слід ставити, тому що він погано показує тиск нижче 0,3 ати. Раціональніше встановлювати водяний покажчик тиску або вакуумпрериватель, водовказівне скло якого одночасно показує і тиск.
Ректифікаційна колона
У ректифікаційної колоні відбувається власне ректифікація (зміцнення спиртових парів і звільнення ректифікованого спирту від наявних в ньому домішок). Спочатку виділяються головні домішки. Незважаючи на їх незначний вміст в спирті, процес виділення домішок на періодично діючих ректифікаційних апаратах є найбільш важким і тривалим. Виділити все головні домішки не вдається, і вони довго супроводжують ректифікованого спирт. Після відбору цих домішок зі спирту, що знаходиться в кубі, починається власне ректифікація, або зміцнення етилового спирту, і триває воно до тих пір, поки не почнуть виділятися хвостові домішки.
Виділенням хвостових домішок закінчується процес роботи колони. З колони ректифікації все домішки і готова продукція виходять у вигляді спиртового пара, що надходить в дефлегматор і холодильник.
Колона ректифікації складається з декількох частин або ланок (царг), з`єднаних між собою залізними фланцями. ректификационную
Відео: Ректифікаційна колона Термосфера. випробування
Колона ректифікації складається з декількох частин або ланок (царги ректифікаційної клонів), з`єднаних між собою залізними фланцями. Колону ректифікації завжди ставлять вище куба для того, щоб погон (флегма) міг надходити в нього самопливом. Зазвичай колону встановлюють на кришці залізного куба. У разі необхідності її можна встановлювати і окремо від куба - на балках або кронштейнах. Розташування колони безпосередньо на кубі незрівнянно простіше і дає велику стійкість, але зате установка колони окремо від вертикального куба дає можливість не знімати і не розбирати колону для того, щоб вийняти змійовики з куба (правда, потреба в виїмці змійовиків зустрічається дуже рідко).
Ректифікаційні колони відповідно конструкції їх тарілок називаються ситова і Колпачном. У Колпачном колонах застосовуються різноманітні ковпачки: круглі, кільцеподібні і щілинні. Ці колони в перерізі робляться круглими, або прямокутними. При ситової ректифікаційної колоні сама нижня тарілка завжди робиться з одним центральним ковпаком (по типу звичайної бражної тарілки). Зливну трубку спускають в рідину куба можливо глибше для того, щоб кінець її був занурений в переганяти рідина до самого кінця зганяння. Якщо колона ректифікації розташована окремо від куба, то на останньому встановлюють проміжну колонку (звану переломом), всередині якої є перегородка, що затримує краплі, що буря спиртовим паром з куба. Вступник в проміжну колонку спиртовий пар піднімається вгору і, огинаючи перегородку, направляється через бічний штуцер в нижню частину колони ректифікації під першу знизу тарілку (рис. 7).
В такому випадку нижня дно влаштовується із зливним штуцером для відводу погона в колони в нижню частину куба. Дуже важливо, щоб парові штуцери в проміжній колоні мали достатні розміри, інакше при великій швидкості спиртового пара в сполучної спиртової трубі колона ректифікації буде працювати з меншою продуктивністю. Максимальна продуктивність ректифікаційної колони виходить в тому випадку, коли площа штуцера дорівнює площі всіх отворів ректифікаційної тарілки цієї колони (т. Е. Живому перерізу колони). У всякому разі площа штуцера, за яким спиртовий пар надходить в колону, не повинна бути менше половини площі отворів тарілки, через які спиртовий пар надходить в колону ректифікації. Однак в цьому випадку тиск в кубі апарату дещо підвищується.
Продуктивність колони ректифікації, що стоїть окремо від куба, багато в чому залежить від площі з`єднувального штуцера. Так, продуктивність цієї колони, яка отримує спиртовий пар по штуцера, площа перерізу якого в три рази менше площі живого перетину ректифікаційної тарілки, на 40-50% менше продуктивності колони тих же розмірів і працює в однакових умовах, але стоїть на кубі.
При малій площі перетину спирто-парової труби, що з`єднує проміжну колонку з ректифікаційної колоною, слід поставити додаткову спирто-парову трубу такого ж діаметру, як і основна, і тим самим збільшити продуктивність ректифікованого апарату.
Відео: Тест ректифікаційної колони Прима
Точно так же вкрай важливо правильно влаштувати відведення спиртового пара з колони в дефлегматор і холодильник. Не слід ставити відводять труби занадто малого діаметра, так як вони вимагають підвищеного тиску, і, крім того, кількість спиртового пара, що відводиться з колони і дефлегматора, скорочується.
Колона ректифікації повинна бути обладнана наступною арматурою: краном у верхній частині колони для промивання її водою, паровим вентилем для пропарювання пором, дросельним клапаном, що закриває отвір для виходу пари з колони при пропарюванні її, і повітряним клапаном на кришці колони для автоматичного впуску повітря в разі раптового освіти вакууму всередині колони ректифікації. У деяких випадках ставлять другий вакуумпрериватель з водовказівне скло, що показує тиск перед дефлегматором.
Тарілки колони ректифікації. Найпростіші і в той же час найбільш дешеві тарілки - ситові. Колпачовие тарілки найбільш надійні в роботі. Застосовуючи ковпачки тієї чи іншої форми, прагнуть або збільшити шлях, прохідний погоном при перетікання рідини з однієї тарілки на іншу, або збільшити довжину лінії барботажа, по якій спиртові пари проникають в масу погона на кожній тарілці. Чим довше шлях, прохідний погоном в колоні, і чим довша лінія, по якій пари проникають крізь погон (флегма), тим кращої якості виходить ректификат. При більш довгому шляху погон віддає більшу кількість полягає в ньому спирту, а при довгій лінії барботажа пара крізь погон, кипіння останнього відбувається спокійніше - без перебризгіванія з нижніх тарілок на верхні. У ректифікаційних колонах застосовуються тарілки наступних систем: ситові, подвійний виварювання, з багатьма круглими ковпачками, з кільцеподібними і з прямими ковпачками (щілинними).
Від ректифікаційних апаратів періодичної дії необхідно плавно переходити до ректифікаційної апаратів безперервної дії.
