Что такое ректификация Описание процесса ректификации Ректификационная колонна

Спирт и его свойства

Но для начала разберемся, что же такое спирт. Слово было заимствовано из латинского языка и означает «дух». Если выдержаны все нормальные условия, то это будет бесцветная, прозрачная жидкость с резким вкусом и характерным ароматом. Чистый спирт будет крепким в диапазоне от 95,6 до 100%.

Со спиртными напитками человечество знакомо давно, как с перебродившим соком натуральных ягод и фруктов. Тогда это были напитки с низким содержанием спирта. Но с развитием химических знаний люди получали все более и более крепкие напитки. Но только в самом конце XVIII столетия смогли получить 100% спирт ректификат. Автором изобретения был русский химик Ловиц Т. Е.

Отстойник для разделения эмульсий

На рис. 51 показан отстойник непрерывного
действия для разделения эмульсий. Он
представляет собой горизонтальный
резервуар с перфорированной перегородкой,
которая предотвращает возмущение
жидкости в отстойнике струёй эмульсии,
поступающей в аппарат. Поперечное
сечение отстойника выбирают таким,
чтобы скорость течения жидкости в
корпусе не превышала несколько миллиметров
в секунду, и режим течения был ламинарным,
что предупреждает смешение фаз и улучшает
процесс отстаивания.

1 – корпус, 2 –
перфорированная перегородка

Газовые гетерогенные системы делятся
на две большие группы: механические и
конденсированные, отличающиеся друг
от друга главным образом размером
частиц. Механические газовые системы,
получаемые в процессах, где твёрдые или
жидкие частицы механически распределяются
в газовой фазе, имеют размеры частиц
5-50 мкм.

Конденсированные газовые
системы получаются при конденсации
частиц из газа или при химическом
взаимодействии двух газов. Размеры
частиц в конденсированных газовых
системах составляют 0,001-0,3 мкм.
Указанные выше размеры частиц гетерогенных
газовых систем являются в значительной
мере условными.

Взвешенные частицы размером ниже 2 мкм
находятся в так называемом броуновском
движении, возникающем вследствие
теплового движения молекул газовой
среды, что значительно затрудняет их
разделение. Частицы меньше 0,1 мкм
практически уже не оседают под влиянием
силы тяжести и могут находиться во
взвешенном состоянии неограниченно
долгое время.

при выпаривании
жидкостей, сушке распылением и многих
других. В процессах горения, при неполном
сгорании, часто образуются дымы. Примером
образования дымов может также служить
выпадение хлористого аммония в виде
мельчайших твёрдых взвешенных частичек
при смешении газообразного аммиака с
хлороводородом.

1) Механическая или сухая очистка,
при которой осаждение частиц происходит
под действием силы тяжести, инерции или
центробежной силы.

2) Мокрая очистка путём пропускания
газа через слой жидкости или орошения
его жидкостью.

3) Фильтрование газов через пористые
материалы, не пропускающие частицы.

4) Электрическая очистка газов путём
осаждения на электродах взвешенных в
газе частиц в электрическом поле высокого
напряжения.

Циклон

Аппараты для очистки газов от взвешенных
частиц под действием силы тяжести, такие
как пылеосадительные газоходы и
пылеосадительные камеры, отличаются
низкой степенью очистки (которая обычно
не превышает 30-40 %). Причём частицы
размером менее 5 мкм вообще не
отделяются от газа в таких аппаратах.

Помимо низкой эффективности эти
пылеосадительные аппараты отличаются
громоздкостью и поэтому в настоящее
время практически не используются. Для
увеличения скорости осаждения частиц
и для более полной очистки используют
действие центробежной силы, развиваемой
газовым потоком в центробежных аппаратах
– циклонах.

Внешний вид циклона показан на рис. 66,
схема – на рис. 67. Циклон состоит из
цилиндрического корпуса с коническим
днищем. Запылённый газ вводится в корпус
тангенциально через штуцер со скоростью
20-30 м/с. Благодаря тангенциальному
вводу он приобретает вращательное
движение вокруг трубы, расположенной
по оси аппарата. Частицы пыли под
действием центробежной

Рис. 67.
Циклон

Циклоны характеризуются простотой
конструкции, отсутствием движущихся
частей, возможностью обработки химически
агрессивных сред. Они более компактны,
чем аппараты для гравитационного
осаждения, и обеспечивают при этом более
высокую степень разделения.

К недостаткам циклонов относятся
сравнительно высокое гидравлическое
сопротивление, невысокая степень
улавливания частиц размером менее
10 мкм, механическое истирание корпуса
аппарата твёрдыми частицами,
чувствительность к колебанию нагрузки
по газу.

Отличие ректификации от дистилляции

Отличие Дистилляция Ректификация спирта
Получаемая крепость напитка Зависит от количества перегонок и качества аппарата, может варьироваться от 40 до 65 об. Может достигать 96 об.
Качество напитка Аромат и послевкусие использованного сырья сохраняется. Спирт-ректификат, без других примесей.
Получение чистых фракций Чрезвычайно слабое качество разделения, вещества перемешиваются, и исправить это возможности нет. Если содержатся вещества, закипающие при разной температуре, то на выходе они будут чистыми.
Удаление вредных для здоровья веществ Для качественного удаления сивушных масел требуется минимум две перегонки. Если соблюдены все технологии, убираются полностью.
Спиртовые потери Даже если следовать всем правилам, только 80% от общего количества будет извлечено. Практически без потерь. Всего от 1 до 3% может потеряться.
Взрыво- и пожароопасность Прибор достаточно прост, но риск всё-таки есть. Оборудование достаточно сложное, и если будет допущена ошибка, то возможен взрыв.
Предлагаем ознакомиться:  Как переоформить ипотеку

Гидроциклон

На рис. 52 изображён гидроциклон
(центробежный сепаратор) – аппарат,
предназначенный для сгущения шламов и
продуктов флотации, осветления оборотных
вод, классификации пульпы и разделения
грубых и тонких суспензий. Разделение
происходит в центробежном поле,
создаваемом в результате вращения
потока жидкой гетерогенной системы.

Величина скорости сепарирования частицы
в центробежном поле гидроциклона может
превышать скорость осаждения частиц в
поле гравитации в сотни раз. В последнее
время все чаще в технологии обогащения
применяют кластер из гидроциклонов
небольшого диаметра (10-15 мм), работающих
параллельно, что позволяет существенно
повысить производительность.

1) высокую удельную производительность
по обрабатываемой суспензии;

2) простоту устройства и сравнительно
низкую стоимость аппарата;

3) отсутствие вращающихся механизмов,
предназначенных для генерирования
центробежной силы;

4) возможность разделения токсичных
и химически агрессивных сред.

Основными недостатками гидроциклонов
являются существенное (по сравнению с
отстойниками) гидравлическое сопротивление,
сложность разделения тонких суспензий
с частицами менее 10 мкм и чувствительность
к колебаниям нагрузки.

Рис.
52. Гидроциклон

Оборудование для ректификации

Для данного процесса могут использоваться два типа оборудования: установка с непрерывным и периодическим действием. Первый тип используется в промышленности, так как для регулировки работы используется автоматика — дорогая и сложная. Для лабораторий используется второй, более простой и дешевый тип оборудования. В нем установлены элементарные средства регулировки отбора — градусник и манометрический измеритель изменения давления на колонне.

Отстойная центрифуга

Отстойные (осадительные) центрифуги
применяют для разделения суспензий и
эмульсий путём осаждения дисперсных
частиц под действием центробежной силы.
Схема простейшей отстойной центрифуги
периодического действия показана на
рис. 53. Основной частью центрифуги
является сплошной барабан, насаженный
на вращающейся вал.

Из всех осадительных аппаратов центрифуга
обеспечивает наибольшее качество
разделения, т.к. в мощном центробежном
поле способны осаждаться даже очень
мелкие частицы. К недостаткам периодических
отстойных центрифуг относятся невысокая
производительность и необходимость
ручного труда.

1 – вал, 2 – барабан,
3 – корпус

Виды ректификационных колонн

В зависимости от применяемых контактных устройств, колонны делятся на тарельчатые и насадочные.

В основном распространены в нефтеперерабатывающей отрасли и на крупных производствах. Тарельчатые колонны представляют собой вертикальную трубу, в которой через определенное расстояние устанавливаются тарелки разной конфигурации, где идет контакт между паровой и жидкой фазами.

Недостаток колонн: дороговизна и большие габариты.

Преимущества: тарельчатая ректификационная колонна тоньше разделяет фракции.

Насадочные ректификационные колонны

На сегодняшний день широкое распространение получили насадочные колонны. Это те же вертикальные трубы, только в них устанавливается другое контактное устройство — насадка.

Насадки разделяются на два типа:

Нерегулярная — неупорядоченный слой насыпного или заполняемого инертного материала (например, спирально призматическая насадка СПН).

Преимущества: малый вес, большая площадь контакта.

Недостатки: высокое сопротивление, сложность правильного распределения паров и флегмы.

СПН.jpg

Спирально-призматическая насадка

Регулярная — представляет собой скомпонованные в кассеты перфорированные сетки и листы (к ним относится регулярная проволочная насадка Панченкова (РПН).

Преимущества: высокая эффективность, малый перепад давления.

Недостатки: насадочная ректификационная колонна явных недостатков не показала.РПН.jpg

Медная насадка РПН

Процессы в ректификационной колонне

Рассмотрим, что происходит в самой колонне на примере оборудования Фабрики «Доктор Губер». Здесь нет никакой магии или секретных технологий, все очень просто.

Ректификационные колонны для частного применения представляют собой вертикальные трубки диаметром от 40 до 50 мм, высотой не более 180 см, заполненные насадками РПН или СПН. Данные колонны оснащены холодильником или дефлегматором, а так же узлом отбора спирта.

Схема ректификационной колонны

Ректификационная колонна для спирта

Рассмотрим периодическую ректификацию на колонне насадочного типа с регулярной насадкой РПН, которую каждый сможет повторить в домашних условиях.

При нагреве куба с брагой, являющейся многокомпонентной смесью, в состав которой помимо воды и спирта входят побочные продукты брожения (альдегиды, кислоты, эфиры и т.д.), начинается процесс кипения и испарения данных компонентов. Температура начала процесса может быть разной, все зависит от качественного и количественного состава бражки или спирта-сырца. На протяжении процесса пар поднимается по колонне, начинает ее прогревать и частично конденсироваться, при этом образуется «дикую флегму».

Образование дикой флегмы происходит за счет охлаждения корпуса колонны, в связи с потерями тепла в окружающую среду. Возникают качественные и количественные потери по спирту (до 10%).

В стандартных ректификаторах проблема образования дикой флегмы решается с помощью теплоизолирования колонны.

Высококвалифицированные специалисты Фабрики Доктор Губер нашли другой способ решения данной проблемы путем создания колонны Торнадо. Структура колонны позволяет поднимающемуся пару проходить сначала по внешнему контуру колонны, создавая при этом активный подогрев. В результате потери тепла в окружающую среду от рабочей части колонны становятся минимальными. На выходе готовый продукт получается с улучшенными органолептическими и физико-химическими показателями.

После прогрева колонны пары достигают холодильника или дефлегматора, в котором они конденсируются и возвращаются в колонну в виде флегмы.

Поток флегмы направляется навстречу поднимающимся по колонне парам. Происходит массо- и теплообмен. Температура при ректификации спирта имеет ключевое значение: флегма на своем пути из зоны с низкой температурой в зону более высоких температур поглощает из потока паров высококипящие компоненты (сивушные масла) и выделяет легкокипящие компоненты (спирт). Так как процессы эти протекают на границе раздела фаз, то очень важно создать максимально возможную поверхность контакта. Для этого ректификационные колонны Доктор Губер оснащают РПН, который создает максимальную поверхность контакта по всей ее длине.

Предлагаем ознакомиться:  Как ухаживать за ужом в домашних условиях - Полезные Советы

Качество получаемого спирта зависит от скорости отбора. А именно, чем больше флегмы забирается из колонны, тем хуже идет процесс массообмена, следовательно уменьшается крепость спирта на выходе из колонны. И наоборот, чем меньше забирается флегмы, тем лучше процесс массобмена и повышение крепости конечного продукта.

Для контроля скорости отбора спирта на колонны устанавливаются игольчатые краны для тонкой регулировки и смотровые стекла.

Создать развитую поверхность контакта недостаточно, необходимо ее правильно орошать. В насадочных колоннах имеет место пристеночный эффект. Флегма проходит не через насадку, а стекает по стенкам колонны, в результате чего падает эффективность ее работы. При правильном заполнении колонны этот эффект минимален, он практически отсутствует в колонне Торнадо, где устанавливается колпачковая тарелка с центральным изливом. В итоге флегма направляется ровно на насадку и достигается максимальный КПД данной колонны.

Что касается диаметра и высоты колонны, по данным Стедмана и Мак-Магона диаметр насадочных колонн оказывает незначительное влияние на качество разделяемых смесей.

Высота колонны. Речь идет о ее рабочей части (часть колонны, которая наполнена насадкой) должна быть не более (6-8)хD. Если высота больше данного выражения, то колонны заполняют секционно, чтобы избежать пристеночного эффекта.

Как выбрать ректификационную колонну

При выборе колонны обращайте внимание на следующие пункты:

  1. Материал колонны, в том числе и наполнитель, должны быть инертны по отношению к парам спирта;
  2. Колонна должна быть оснащена регулируемым узлом отбора;
  3. Наличие высокопроизводительного холодильника или дефлегматора;
  4. Обязательное присутствие атмосферного клапана для безопасной работы.

P.S. Ректификация спирта не сложный процесс и при наличии необходимого оборудования ее с легкостью можно провести в домашних условиях. К 2016 году ассортимент ректификационного оборудования безгранично возрастает. Несмотря на небольшие конструктивные отличия всех аппаратов, процесс ректификации остается неизменным и его качество будет в первую очередь зависеть от знаний и опыта человека, контролирующего процесс.

Рассмотрим, что происходит в самой колонне на примере оборудования Фабрики «Доктор Губер». Здесь нет никакой магии или секретных технологий, все очень просто.

Ректификационные колонны для частного применения представляют собой вертикальные трубки диаметром от 40 до 50 мм, высотой не более 180 см, заполненные насадками РПН или СПН. Данные колонны оснащены холодильником или дефлегматором, а так же узлом отбора спирта.

Ректификационная колонна для спирта

Рассмотрим периодическую ректификацию на колонне насадочного типа с регулярной насадкой РПН, которую каждый сможет повторить в домашних условиях.

При нагреве куба с брагой, являющейся многокомпонентной смесью, в состав которой помимо воды и спирта входят побочные продукты брожения (альдегиды, кислоты, эфиры и т.д.), начинается процесс кипения и испарения данных компонентов. Температура начала процесса может быть разной, все зависит от качественного и количественного состава бражки или спирта-сырца. На протяжении процесса пар поднимается по колонне, начинает ее прогревать и частично конденсироваться, при этом образуется «дикую флегму».

Образование дикой флегмы происходит за счет охлаждения корпуса колонны, в связи с потерями тепла в окружающую среду. Возникают качественные и количественные потери по спирту (до 10%).

В стандартных ректификаторах проблема образования дикой флегмы решается с помощью теплоизолирования колонны.

Высококвалифицированные специалисты Фабрики Доктор Губер нашли другой способ решения данной проблемы путем создания колонны Торнадо. Структура колонны позволяет поднимающемуся пару проходить сначала по внешнему контуру колонны, создавая при этом активный подогрев. В результате потери тепла в окружающую среду от рабочей части колонны становятся минимальными. На выходе готовый продукт получается с улучшенными органолептическими и физико-химическими показателями.

После прогрева колонны пары достигают холодильника или дефлегматора, в котором они конденсируются и возвращаются в колонну в виде флегмы.

Поток флегмы направляется навстречу поднимающимся по колонне парам. Происходит массо- и теплообмен. Температура при ректификации спирта имеет ключевое значение: флегма на своем пути из зоны с низкой температурой в зону более высоких температур поглощает из потока паров высококипящие компоненты (сивушные масла) и выделяет легкокипящие компоненты (спирт).

Качество получаемого спирта зависит от скорости отбора. А именно, чем больше флегмы забирается из колонны, тем хуже идет процесс массообмена, следовательно уменьшается крепость спирта на выходе из колонны. И наоборот, чем меньше забирается флегмы, тем лучше процесс массобмена и повышение крепости конечного продукта.

Для контроля скорости отбора спирта на колонны устанавливаются игольчатые краны для тонкой регулировки и смотровые стекла.

Создать развитую поверхность контакта недостаточно, необходимо ее правильно орошать. В насадочных колоннах имеет место пристеночный эффект. Флегма проходит не через насадку, а стекает по стенкам колонны, в результате чего падает эффективность ее работы. При правильном заполнении колонны этот эффект минимален, он практически отсутствует в колонне Торнадо, где устанавливается колпачковая тарелка с центральным изливом. В итоге флегма направляется ровно на насадку и достигается максимальный КПД данной колонны.

Что касается диаметра и высоты колонны, по данным Стедмана и Мак-Магона диаметр насадочных колонн оказывает незначительное влияние на качество разделяемых смесей.

Сравнительные характеристики фильтров

При выборе фильтров для разделения
суспензий следует принимать во внимание
технико-экономические показатели их
работы, при определении которых необходимо
учитывать размер частиц суспензии, её
концентрацию, тип образующегося осадка,
возможность и качество его промывки,
непрерывность работы фильтра, перепад
давления на фильтровальной перегородке
и др. В табл. 3 приведены некоторые
усреднённые характеристики фильтров.

Табл. 3. Сравнительные характеристики
фильтров

Тип

фильтра

Размер

частиц

суспензии,
мкм

Концентрация
суспензии, г/л

Качество
фильтрования (концентрация частиц в
фильтрате)

Тип
осадка

Качество
промывки

Закрытый
нутч-фильтр

2–2500

20–800

хорошее

(до
60 мг/л)

любые

отличное

Пресс-фильтр

0,5–200

0,3–400

отличное

(до
40 мг/л)

кроме
тиксотропных

хорошее

Ленточный
фильтр

3–5000

50–650

удовлетв.

(до
120 мг/л)

кроме

липких

отличное

Барабанный
фильтр

1–300

10–400

удовлетв.

(до
120 мг/л)

любые

удовлетв.

Дисковый
фильтр

1–300

10–400

удовлетв.

(до
120 мг/л)

любые

не
удовлетв.

Предлагаем ознакомиться:  Что такое физическое воспитание Основы принципы и методы

Принцип работы колонны

Наполняется куб максимально на две трети его объема спиртосодержащей смесью, проверяется герметичность стыков, закрывается кран отбора и подается охлаждающий элемент (чаще всего вода). Только сейчас можно включать нагревание.

Важно знать: никогда нельзя закрывать два штуцера (отбора ректификата и подачи воды) одновременно, от этого колонна может просто взорваться под действием образовавшегося избыточного давления!

Нагревателем жидкость, залитая в куб, доводится до кипения, и полученный пар поднимается. Затем, попав в дефлегматор, конденсируется и стекает по стенкам, снова контактируя с поднимающимся вверх новым паром. Снова попадает на нагреватель, становится паром, и процесс повторяется.

Через какое-то время пар и жидкость приходят в равновесие, а в верхней части скапливается фракция с низкой температурой кипения (метанол). В нижней — с высокой (сивушные масла). Теперь их можно отбирать.

Равновесие определяется по сохранению температуры в течение 10 минут. До этого момента устройство трогать не надо.

Узел отбора колонны

Что из себя представляет узел отбора? Чаще всего это небольшой бортик, который тормозит, не давая стекать, флегму (сконденсированную из пара жидкость). Если открыть кран узла отбора, то задержанная флегма стекает в холодильник, превращаясь в спирт-ректификат.

Та же жидкость, которая не задержалась на бортике, стекает дальше вниз, чтобы снова повторить цикл. В промышленных установках можно устанавливать соотношение между ректификатом и флегмой, которая возвращается (флегмово число) с помощью крана. От этого числа зависит чистота и процентное содержание спирта. Чем оно выше, тем спирт чище.

Бывает, что происходит такое неприятное явление, как захлеб ректификационной колонны. Информацию о том, что это произошло, показывает сильный шум булькающего типа внутри самой конструкции. Причин, почему произошел захлеб, может быть несколько, рассмотрим их.

Абсорбер Вентури

Полые (форсуночные) распыливающие
абсорберы представляют собой полые
колонны (рис. 29). В этих абсорберах
газ движется снизу вверх, а жидкость
подаётся через расположенные в несколько
горизонтальных рядов форсунки с
направлением факела распыла обычно
сверху вниз.

1) Простота устройства и низкая
стоимость;

2) Низкое гидравлическое сопротивление
по газовой фазе, по сравнению с другими
типами абсорберов.

1) Невысокая площадь поверхности
контакта фаз, отнесённая к объёму
аппарата, и, как следствие, громоздкость;

2) Высокий расход энергии на распыление
жидкости;

3) Брызгоунос при высоких скоростях
газа;

4) Снижение движущей силы из-за
возникновения обратного перемешивания,
и, как следствие, невысокая степень
разделения.

Скоростные прямоточные распыливающие
абсорберы отличаются тем, что в случае
прямотока процесс можно проводить при
высоких скоростях газа, причём вся
жидкость уносится с газом и отделяется
от него в сепарационном пространстве.
К этому типу аппаратов относится абсорбер
Вентури (рис. 30).

1 – корпус, 2 –
форсунки, 3 – гидрозатвор

Основной частью абсорбера является
труба Вентури. Жидкость поступает в
конфузор, течёт в виде плёнки и в горловине
распыляется газовым потоком. Затем
жидкость газовым потоком выносится в
диффузор, в виде мелких капель, создающих
поверхность контакта фаз. Отделение
капель от газа происходит в сепараторе.

1 – конфузор, 2
–горловина, 3- диффузор, 4 – сепаратор,
5 – гидрозатвор

1) Простота конструкции;

2) Работа при высоких расходах газовой
фазы.

1) Разделяющая способность вследствие
прямотока фаз ограничена возможностью
лишь однократного достижения равновесия
между фазами;

2) Малая площадь поверхности контакта
фаз на единицу объёма аппарата;

3) Сравнительно высокое гидравлическое
сопротивление.

Когда колонна захлебывается

Максимальная скорость движения пара в каждой конструкции разная. Когда она достигается, флегма замедляет свое движение в кубе, а потом и вовсе может остановиться. Скопление ее в ректификационной части вызывает остановку процесса тепло- и массообмена. Результат — перепад давления (зачастую очень резкий) и появление посторонних шумов.

Причины «захлеба»:

  • чаще всего это нагрев выше допустимого;
  • переполнение куба или засорение его частицами спиртосодержащего состава;
  • в высокогорье основной причиной является низкое атмосферное давление;
  • скачок напряжения, из-за которого вырастает мощность ТЭНа;
  • неисправности и ошибки в конструкции.

Теперь вы знаете, что такое ректификация. Полученный в результате этого процесса спирт имеет жесткий вкус (так называемый технический спирт). Его можно использовать для технических целей, но для пищевой промышленности его нужно будет еще дорабатывать — разбавлять, фильтровать и настаивать.

Для лучшего очищения полученное сырье подвергают процессу углевания (пропускание через активированный уголь). В результате этой процедуры спирт приобретет «мягкость», а сивушные масла (небольшое их количество всегда попадает в спирт, даже если вы использовали процесс дробного отбора) будут связаны углем. На самом деле это классическая процедура приготовления известной русской водки.

После проведения процедур разбавления и углевания напитку нужно дать отдых. Просто оставьте его на несколько дней в стеклянной емкости. Водка будет идти мягче, а если не перебирать, то и похмелья не будет.

Загрузка ...
Adblock detector