Ректификационные установки для очистки сточных вод.

Ректификацию как эвапорационный метод применяют для очистки сточных вод коксохимических, химических заводов, заводов синтетического каучука и др.

Сущность процесса ректификации состоит в выделении из смеси двух или нескольких жидкостей с различными температурами кипения одной или нескольких жидкостей в более или менее чистом состоянии. Это достигается многократным тепло- и массообменом между жидкой и паровой фазами; в результате часть легколетучего компонента переходит из жидкой фазы в паровую, а часть менее летучего компонента – из паровой фазы в жидкую.

Азеотропная ректификация основана на свойстве многих химических соединений образовывать азеотропные, нераздельнокипящие смеси с водой.

Процесс ректификации осуществляется в ректификационной установке (рис. 3.27), состоящей из ректификационной колонны 2, дефлегматора 3, холодильника 4, подогревателя исходной смеси 1, сборников дистиллята 5 и кубового остатка 6. Дефлегматор, холодильник и подогреватель представляют собой обычные теплообменники. Основным узлом установки является ректификационная колонна, в которой пар поднимается снизу вверх, а сверху вниз стекает жидкость, подаваемая в верхнюю часть аппарата в виде флегмы. В большинстве случаев конечными продуктами являются дистиллят (сконденсированный в дефлегматоре пар легколетучего компонента, выходящий из верхней части колонны) и кубовый остаток (менее летучий компонент в жидком состоянии, вытекающий из нижней части колонны).

Рис. 3.27. Схема ректификационной установки непрерывного действия

Сточная вода из емкости направляется в колонну, обогреваемую паром, где отгоняется часть воды в виде азеотропной смеси с загрязняющим компонентом. Из нижней части колонны выходит очищенная вода. Пары, выходящие через верх колонны, поступают в конденсатор. Конденсат после дополнительного охлаждения направляется в сепаратор, где разделяется на два слоя — водный и органический. Водный слой из сепаратора сбрасывается в емкость исходной сточной воды, а загрязняющий компонент поступает на дальнейшую переработку или повторное использование.

Процесс ректификации может протекать при атмосферном давлении, а также при давлениях, выше и ниже атмосферного. Под разрежением ректификацию проводят, когда разделению подлежат высококипящие смеси или термолабильные вещества, а также при многократном использовании теплоты. Повышенное давление применяют для разделения смесей, находящихся при более низком давлении в газообразном состоянии.

Ректификационные установки бывают периодического и непрерывного действия.

При использовании ректификационной установки периодического действия смесь заливают в перегонный куб, где поддерживается непрерывное кипение с образованием пара. Пар поступает на укрепление в колонну, орошаемую частью дистиллята (флегмой). Другая часть дистиллята из дефлегматора или концевого холодильника, охлажденная до определенной температуры, через контрольный фонарь поступает в сборник готового продукта. В колоннах периодического действия ректификацию проводят до тех пор, пока жидкость в кубе (остаток) достигнет заданного состава. Затем обогрев куба прекращают, остаток сливают в сборник, а в куб вновь заливают исходную смесь.

Ректификационные установки периодического действия успешно применяют для разделения небольших количеств смесей. Существенным недостатком таких установок является ухудшение качества готового продукта (дистиллята) по мере протекания процесса, а также потери теплоты при периодической разгрузке и загрузке куба. Этих недостатков лишены ректификационные установки непрерывного действия.

Колонны непрерывного действия состоят из нижней (исчерпывающей) части, в которой происходит удаление легколетучего компонента из стекающей вниз жидкости, и верхней (укрепляющей) части, назначение которой - обогащение поднимающихся вверх паров легколетучим компонентом. Ректификационные установки непрерывного действия отличаются от установок периодического действия тем, что питание колонны исходной смесью определенного состава происходит непрерывно с постоянной скоростью, готовый продукт стабильного качества отводится также непрерывно.

В ректификационной установке непрерывного действия исходную смесь подают на нижнюю тарелку укрепляющей части колонны, которая одновременно является и верхней тарелкой исчерпывающей части колонны. Эта тарелка называется тарелкой питания и характеризуется таким же составом жидкости, как и исходная смесь.

При ректификации смесей, состоящих более чем из двух компонентов, схема установки значительно усложняется. При этом для отделения каждого добавочного компонента в общем случае требуется отдельная колонна с дефлегматором.

Размеры и конструкции перегонного куба, дефлегматора и концевого холодильника зависят от производительности установки, физических свойств разделяемой смеси и режима процесса (периодический или непрерывный).

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

В промышленности наибольшее распространение получили насадочные, тарельчатые с колпачковыми (рис. 3.29), ситчатыми, клапанными, решетчатыми и другими типами тарелок, а также роторно-пленочные ректификационные колонны.

Задачей расчета ректификационных колонн является определение основных размеров колонны (диаметр, высота), характеристик и размеров элементов внутреннего устройства (тарелки, колпачки, насадки и др.), материальных потоков и затрат теплоты.

Основные размеры колонны и элементов внутреннего устройства определяются характером контактных устройств и величиной материальных и тепловых потоков, методика расчета которых не зависит от конструкции колонны и может быть принята единой.

Исходными данными для расчета являются производительность колонны по исходному сырью G_F, концентрация легколетучего компонента в исходной смеси (питании) х_F, дистилляте х_р и кубовом остатке х_w, давление в верхней части колонны, температуры исходной смеси, флегмы. Кроме того, для расчета необходимо знать физические свойства компонентов в жидком и парообразном состоянии, а также данные о фазовом равновесии.

В расчете используют уравнения материального и теплового балансов, уравнения рабочей линии процесса и ряд зависимостей, полученных аналитически и эмпирически. (расчеты не взяла, но есть)