Основные типы ректификационных колонн

Ректификационная колонна - аппарат с наполнителем, который используется для разделения пара на фракции. Конденсатом являются летучие фракции, а флегма (тяжелые фракции) оседает на стенках колонны и наполнителе, а затем стекает обратно в куб. Таким образом, содержание спирта в дистилляте достигает 96%.

Процессу ректификации подвергается спирт-сырец крепостью до 40%, а не брага. Поэтому отделять «хвосты» и «головы» нет необходимости.

По принципу действия ректификационные колонны делятся на периодические (ступенчатые) и непрерывные. Ступенчатое контактирование происходит в тарельчатых колонных, а непрерывное в насадочных и пленочных.

Насадки и тарелки, являющиеся контактными устройствами, создают условия для взаимодействия пара и жидкости. Чтобы это происходило максимально активно, необходимо чтобы тарелки и насадки были неравновесными. При контактировании потоков величина неравновесности должна уменьшаться. В правильном контактном устройстве неравновесность должна быть равна нулю, чтобы процесс массообмена прекратился. Неравновесность - это отклонение состояния среды от равновесного и меняющего при этом свои термодинамические свойства.

Ректификационная колонна периодического (ступенчатого) действия представлена на рисунке.

1. Куб;

2. ректификационная колонна;

3. дефлегматор;

4. холодильник;

5. сортировочный фонарь.

Куб выполняет одновременно две функции: служит емкостью для спирта подвергающегося ректификации и преобразователем спиртового пара.

В непрерывных колоннах смесь для разделения поступает в колонну, и готовый продукт выходит непрерывно, а в ступенчатых (периодических) процесс ректификации проходит до получения напитков конечного состава.

Схема ректификационной колонны непрерывного действия:

1. 
   Верхняя часть колонны;

2. нижняя часть колонны;

3. куб;

4. дефлегматор;

5. охладитель флегмы;

6. холодильник;

7. выход готового продукта.

Также ректификационные колонны делятся на полные и неполные.

Неполные колонны делятся на два вида:

• Бражные (отгонные) колонны действуют по следующему принципу: на верхнюю тарелку подается питание в виде пара, а из куба выходит практически чистая вода. Из верхней части отводится пар обогащенный спиртом. Дефлегматор в такой колонне не устанавливается, поэтому паровая фаза конденсируется в холодильнике.

• В спиртовых (концентрационных) колоннах пар подается в куб (под нижнюю тарелку). Из верхней части отводится спирт, а из нижней остаток обогащенный водой. Дефлегматор, установленный в таких колоннах выполняет функцию питания жидкостью. Колонны подобного типа устанавливают на аламбики, потому что именно эти аппараты периодического действия.

Спиртовые (концентрационные) колонны не предусмотрены для получения чистой воды, а в бражной (отгонной) колонне невозможно получение чистого спирта.

Полная колонна является собирательным вариантом бражной и спиртовой. Данный вид состоит из нижней (исчерпывающей) и верхней (концентрационной) частей. Питание на верхнюю отгонную часть поступает через среднюю. В полных колоннах возможно получить оба компонента разделяемой смеси, но это допустимо только в том случае если эта смесь состоит из двух частей. Для того чтобы разделить брагу (многокомпонентную смесь) меняют несколько колонн, установленных последовательно. Каждая колонна разделяет смесь на дистиллят, представляющий собой один или несколько компонентов и остаток (труднолетучую смесь).

В настоящее время классификации контактных устройств в ректификационных колонах не существует, поэтому проще всего разделить их по способу образования межфазной поверхности.

1. Пар проходит через жидкость в виде пузырьков (барботаж) - это барботажные колонны.

2. Жидкость распыляется в объеме газа, где газ это сплошная фаза, а жидкость дисперсная.

3. Газ взаимодействует с движущейся пленкой жидкости, при этом обе фазы являются сплошными) - это насадочные колонны.

Барботажные колонны применяются с ситчатыми, провальными и колпачковыми тарелками. Жидкости в таких колоннах разделяются очень четко, а массообмен имеет ступенчатый характер.

Колонна с ситчатыми тарелками.

1. Отверстия;

2. переливная трубка.

Колонна с решетчатыми (провальными) тарелками.

1. Щели.

Колонна с колпачковыми тарелками.

1. Тарелка;

2. патрубок;

3. колпачки;

4. переливные трубки.

Барботажные колонны используются когда разделение происходит при повышенном давлении. Недостатком таких колонн является повышенное гидравлическое сопротивление и сложная конструкция.

Насадочная колонна представляет собой вертикальный аппарат заполненный насадкой определенных размеров. Насадка располагается либо по всей колонне, либо только на определенных участках. Массообмен происходит на всех участках колонны заполненных насадкой. Данный вид ректификационных колонн практически не применяется в спиртовой промышленности.