Может ли образоваться вос в ректификационной колонне при нормальном режиме работы

Опубликовано: 02.07.2024

Нормальная работа ректификационных колонн и требуемое качество продуктов перегонки обеспечиваются путем регулирования теплового режима – отводом тепла в концентрационной и подводом тепла в отгонной секциях колонн, а также нагревом сырья до оптимальной температуры. В промышленных процессах перегонки нефти применяют следующие способы регулирования температурного режима по высоте колонны (рис. 3.8).

Отвод тепла в концентрационной секции путем:

использования парциального конденсатора;
организации испаряющегося (холодного) орошения;
организации неиспаряющегося (циркуляционного) орошения.

Подвод тепла в отгонной секции путем:

нагрева остатка ректификации в кипятильнике с паровым пространством;
циркуляции части остатка, нагретого в трубчатой печи.

Парциальный конденсатор представляет собой кожухотрубный теплообменный аппарат (рис. 3.8а), установленный горизонтально или вертикально наверху колонны. Охлаждающим агентом служит вода, иногда исходное сырье. Поступающие в межтрубное пространство пары частично конденсируются и возвращаются на верхнюю тарелку в виде орошения, а пары ректификата отводятся из конденсатора. Из-за трудности монтажа и обслуживания и значительной коррозии конденсатора этот способ получил ограниченное применение (в малотоннажных установках и при необходимости получать ректификат в виде паров).

Холодное (острое) орошение (рис. 3.8б). Этот способ отвода тепла наверху колонны получил наибольшее распространение в практике нефтепереработки. Паровой поток, уходящий с верха колонны, полностью конденсируется в конденсаторе – холодильнике (водяном или воздушном) и поступает в емкость или сепаратор, откуда часть ректификата насосом подается обратно в ректификационную колонну в качестве холодного испаряющегося орошения, а балансовое его количество отводится как целевой продукт.

Циркуляционное неиспаряющееся орошение (рис. 3.8в). Этот вариант отвода тепла в концентрационной секции колонны в технологии нефтепереработки применяется исключительно широко для регулирования температуры не только наверху, но и в средних сечениях сложных колонн. Для создания циркуляционного орошения с некоторой тарелки колонны выводят часть флегмы (или бокового дистиллята), охлаждают в теплообменнике, в котором она отдает тепло исходному сырью, после чего насосом возвращают на вышележащую тарелку.

На современных установках перегонки нефти чаще применяют комбинированные схемы орошения. Так, сложная колонна атмосферной перегонки нефти обычно имеет вверху острое орошение и затем по высоте несколько промежуточных циркуляционных орошений. Из промежуточных орошений чаще применяют циркуляционные орошения, располагаемые обычно под отбором бокового погона или использующие отбор бокового погона для создания циркуляционного орошения с подачей последнего в колонну выше точки возврата паров из отпарной секции. В концентрационной секции сложных колонн вакуумной перегонки мазута отвод тепла осуществляется преимущественно посредством циркуляционного орошения.

Использование только одного острого орошения в ректификационных колоннах неэкономично, так как низкопотенциальное тепло верхнего погона малопригодно для регенерации теплообменом. Кроме того, в этом случае не обеспечивается оптимальное распределение флегмового числа по высоте колонны: как правило, оно значительное на верхних и низкое на нижних тарелках колонны. Соответственно по высоте колонны сверху вниз уменьшаются значения КПД тарелок, а также коэффициента относительной летучести и, следовательно, ухудшается разделительная способность нижних тарелок концентрационной секции колонны, в результате не достигается желаемая четкость разделения. При использовании циркуляционного орошения рационально используется тепло отбираемых дистиллятов для подогрева нефти, выравниваются нагрузки по высоте колонны и тем самым увеличивается производительность колонны и обеспечиваются оптимальные условия работы контактных устройств в концентрационной секции.

При подводе тепла в низ колонны кипятильником (рис. 3.8г) осуществляют дополнительный подогрев кубового продукта в выносном кипятильнике с паровым пространством (рибойлере), где он частично испаряется. Образовавшиеся пары возвращают под нижнюю тарелку колонны. Характерной особенностью этого способа является наличие в кипятильнике постоянного уровня жидкости и парового пространства над этой жидкостью. По своему разделительному действию кипятильник эквивалентен одной теоретической тарелке. Этот способ подвода тепла в низ колонны наиболее широко применяется на установках фракционирования попутных нефтяных и нефтезаводских газов, при стабилизации и отбензинивании нефтей, стабилизации бензинов прямой перегонки и вторичных процессов нефтепереработки.

При подводе тепла в низ колонны трубчатой печью (рис. 3.8д) часть кубового продукта прокачивается через трубчатую печь, и подогретая парожидкостная смесь (горячая струя) вновь поступает в низ колонны. Этот способ применяют при необходимости обеспечения сравнительно высокой температуры низа колонны, когда применение обычных теплоносителей (водяной пар и др.) невозможно или нецелесообразно (например, в колоннах отбензинивания нефти).

ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И ГАЗА, С. А. Ахметов, Т. П. Сериков, И. Р. Кузеев, М. И. Баязитов, 2006

· Захлеб – состояние колонны, возникающее из-за чрезмерной мощности нагрева, при котором поток восходящего пара в царге слишком сильный, он останавливает ниспадающую флегму, создавая своеобразный «затор» из бурлящей жидкости. Внешне можно заметить как кипение в диоптре, либо по выбросам жидкости и пара из ТСА, скачкам температуры в разных точках колонны.

· Флегма – жидкость, стекающая в колонну, создаваемая дефлегматором из поднимающегося пара.

· Флегмовое число – отношение объема флегмы, к объему отбираемого продукта.

· Спиртовая полка – период в процессе ректификации, в который рек.колонна стабильна, а отбор продукта максимальный.

· Насадка РПН (регулярная проволочная насадка) – наполнение колонны, напоминающее плетеную структурную ленту из тонкой проволоки, скрученную в батончики. Наименее плотная, высокая пропускающая способность. Больше подходит для дистилляции.

· Насадка СПН (спирально-призматическая насадка) – наполнение колонны из мелких, скрученных в сложные спирали, отрезков проволоки. Более плотная, больше поверхность контакта пара и флегмы. Пропускная способность зависит от размеров плетения. Хорошо подходит для ректификации.

Часто в быту смешивают дистилляцию с высоким укреплением и ректификацию, а соль в том, что ректификация означает значительно лучшее разделение на фракции, продуктом которого является чистый спирт (хотя тут тоже выделяют несколько степеней чистоты).

Ректификационная колонна должна наполняться более плотной насадкой, обеспечивающей большую площадь контакта пара с флегмой – это СПН, насадка Зульцера. Объяснение этому простое – РПН и прочие, имеющие высокую пропускную способность, не позволяют должным способом удерживать спиртовые фракции в колонне, и те, смешиваясь, попадают в отбор.

Размер СПН должен соответствовать диаметру колонны и ее высоте. Для колонны 1,5 дюйма требуется насадка 3,5х3,5; на 2 дюйма высотой 650 мм лучше использовать такую же. А на 1000 мм двухдюймового оборудования – уже можно взять менее плотную 5х5, это позволит увеличить подаваемую мощность нагрева и соответственно производительность.

Настройка максимально эффективной работы рек.колонны по шагам:

Чтобы работать максимально эффективно, нужно выявить ту предельную мощность нагрева, которую способно утилизировать имеющееся оборудование. Это несложно определить опытным путем.

Важно! Нагрев для ректификации должен быть стабильным, не зависящим от скачков напряжения в сети.

Итак, по шагам: 1) кран отбора закрыт, выставляем 1кВт, ждем порядка 10-30 минут.

2) Если захлеба нет, увеличиваем до 1.5кВт, снова ждем. Справляется?

3) Поднимаем до 2кВт. Не справляется?

4) Выставляем 1.75кВт. Естественно, нам надо будет подождать 10-30 минут для стабилизации колонны (давать колонне «работать на себя» более получаса не видим смысла).

Таким простым способом мы узнаем максимально доступную мощность колонны.

Что делаем дальше?

5) Отбираем головы, не торопясь: 1-3 капли в секунду. Во время отбора голов температура в узле отбора будет понемногу медленно подниматься.

Прекращать отбор голов можно когда:

· Температура в узле отбора остается стабильной на протяжении 15-20 минут

· Органолептически – когда начнете чувствовать запах спирта, а не «бяки»

· Отобрано 7-10% от расчетного количества абсолютного спирта

6) Затем переходим к отбору тела. Его также настраиваем по принципу «лесенки». Начинаем примерно, с 500 мл/час. При этом наблюдаем за спиртуозностью продукта и за показаниями температуры в колонне. Температура должна быть стабильной. Рост температуры на 2-3 десятых градуса будет говорить о том, что отбор слишком интенсивный и нужно немного «притормозить». Некоторый рост температуры также возможен из-за изменения атмосферного давления, тут нужно уметь различать данные факторы.

Скорее всего, хороший интенсивный отбор, настроенный в начале погона, на второй половине придется уменьшить, так как содержание спирта в кубе снижается и происходит изменение коэффициентов испарения.

Попрактиковавшись несколько раз, Вы получите понимание возможностей вашего оборудования, и того, как с ним работать максимально эффективно.

7) Отбор следует завершить, когда стабилизировать колонну становится затруднительно, температура все время поднимается. Мы советуем уже при достижении температуры в кубе 93-94 градусов собирать продукт в отдельные емкости, чтобы продукт, полученный в конце погона, можно было при необходимости пустить на повторную ректификацию.

Когда именно завершать погон – решать Вам. Зависит от степени трудолюбия и бережливости.

Отбор прекратился или колонна не стабилизируется? Поздравляем, это захлеб колонны!

Как избежать захлеба?

- Не подавать избыточную мощность на колонну (за исключением тех случаев, когда требуется смочить насадку перед началом работы).

- Не переохлаждать флегму. Чрезмерная подача воды на дефлегматор ведет к тому, что жидкость стекает в колонну слишком холодной. Это приводит к выключению части колонны из процесса или захлебу. Как понять, что подача охлаждения оптимальна - температура воды на выходе должна быть 40-63 градуса.

- Не выбирайте несоразмерно мелкую насадку и не трамбуйте ее в колонне. Плотная насадка приводит к уменьшению пропускной способности.

Полезные советы для ректификации:

· Раскачивание колонны в процессе – не страшно. В каком-то смысле даже полезно для лучшего смачивания насадки.

· Примерно за 10 минут перед отбором голов можно понизить мощность. Это распределит фракции по колонне еще лучше.

· Если Ваша цель – получение чистейшего спирта, необходимо иметь датчики температуры как в узле отбора, так и парочку в колонне.

· Записывайте/запоминайте стабильные показатели отбора, температуры, времени разогрева и ректификации. В дальнейшем процесс будет более предсказуемым и простым для Вас.

· Дополните сборку еще одним узлом отбора в нижней части колонны для постоянного отбора спиртов хвостовых фракций.

Цель статьи – разобрать теоретические и некоторые практические аспекты работы домашней ректификационной колонны, нацеленной на получение этилового спирта, а также развеять самые распространенные в Интернете мифы и разъяснить моменты, о которых «умалчивают» продавцы оборудования.

Ректификация спирта – разделение многокомпонентной спиртосодержащей смеси на чистые фракции (этиловый и метиловый спирты, воду, сивушные масла, альдегиды и другие), имеющие разную температуру кипения, путем многократного испарения жидкости и конденсации пара на контактных устройствах (тарелках или насадках) в специальных противоточных башенных аппаратах.

С физической точки зрения ректификация возможна, поскольку изначально концентрация отдельных компонентов смеси в паровой и жидкой фазах отличается, но система стремится к равновесию – одинаковому давлению, температуре и концентрации всех веществ в каждой фазе. При контакте с жидкостью пар обогащается легколетучими (низкокипящими) компонентами, в свою очередь, жидкость – труднолетучими (высококипящими). Одновременно с обогащением происходит обмен теплом.

Схема ректификации

Момент контакта (взаимодействия потоков) пара и жидкости называется процессом тепломассообмена.

Благодаря разной направленности движений (пар поднимается вверх, а жидкость стекает вниз), после достижения системой равновесия в верхней части ректификационной колонны можно по отдельности отобрать практически чистые компоненты, входившие в состав смеси. Сначала выходят вещества с более низкой температурой кипения (альдегиды, эфиры и спирты), потом – с высокой (сивушные масла).

Состояние равновесия. Появляется на самой границе разделения фаз. Достигается только при одновременном соблюдении двух условий:

Равное давление каждого отдельно взятого компонента смеси.
Температура и концентрация веществ в обеих фазах (паровой и жидкой) одинакова.

Чем чаще система приходит в равновесие, тем эффективнее тепломасообмен и разделение смеси на отдельные составляющие.

Разница между дистилляцией и ректификацией

Как видно на графике, из 10% спиртового раствора (браги) можно получить самогон 40%, а при второй перегонке этой смеси выйдет 60-градусный дистиллят, при третьей – 70%. Возможны следующие интервалы: 10-40; 40-60; 60-70; 70-75 и так далее до максимума – 96%.

Теоретически, чтобы получить чистый спирт, требуется 9-10 последовательных дистилляций на самогонном аппарате. На практике перегонять спиртосодержащие жидкости концентрацией выше 20-30% взрывоопасно, к тому же из-за больших затрат энергии и времени экономически невыгодно.

С этой точки зрения, ректификация спирта – это минимум 9-10 одновременных, ступенчатых дистилляций, которые происходят на разных контактных элементах колонны (насадках или тарелках) по всей высоте.

Работа ректификационной колонны

Ректификационная колонна – устройство, предназначенное для разделения многокомпонентной жидкой смеси на отдельные фракции по температуре кипения. Представляет собой цилиндр постоянного или переменного сечения, внутри которого находятся контактные элементы – тарелки или насадки.

Также почти каждая колонна имеет вспомогательные узлы для подвода исходной смеси (спирта-сырца), контроля процесса ректификации (термометры, автоматика) и отбора дистиллята – модуль, в котором конденсируется, а затем принимается наружу извлеченный из системы пар определенного вещества.

Одна из самых распространенных домашних конструкции

Спирт-сырец – продукт перегонки браги методом классической дистилляции, который можно «заливать» в ректификационную колонну. Фактически это самогон крепостью 35-45 градусов.

Флегма – сконденсировавшийся в дефлегматоре пар, стекающий по стенкам колонны вниз.

Флегмовое число – отношение количества флегмы к массе отбираемого дистиллята. В спиртовой ректификационной колонне находятся три потока: пар, флегма и дистиллят (конечная цель). В начале процесса дистиллят не отбирают, чтобы в колонне появилась достаточно флегмы для тепломассообмена. Потом часть паров спирта конденсируют и отбирают из колонны, а оставшиеся спиртовые пары и дальше создают поток флегмы, обеспечивая нормальную работу.

Для работы большинства установок флегмовое число должно быть не меньше 3, то есть 25% дистиллята отбирают, остальной – нужен в колонне для орошения контактных элементов. Общее правило: чем медленнее отбирать спирт, тем выше качество.

Контактные устройства ректификационной колонны (тарелки и насадки)

Отвечают за многократное и одновременное разделение смеси на жидкость и пар с последующей конденсацией пара в жидкость – достижение в колонне состояния равновесия. При прочих равных условиях, чем больше в конструкции контактных устройств, тем эффективнее ректификация в плане очистки спирта, поскольку увеличивается поверхность взаимодействия фаз, что интенсифицирует весь тепломасообмен.

Теоретическая тарелка – один цикл выхода из равновесного состояния с повторным его достижением. Для получения качественного спирта требуется минимум 25-30 теоретических тарелок.

Физическая тарелка – реально работающее устройство. Пар проходит сквозь слой жидкости в тарелке в виде множества пузырьков, создающих обширную поверхность контакта. В классической конструкции физическая тарелка обеспечивает примерно половину условий для достижения одного равновесного состояния. Следовательно, для нормальной работы ректификационной колонны требуется в два раза больше физических тарелок, чем теоретических (расчетных) минимум – 50-60 штук.

Насадки. Зачастую тарелки ставят только на промышленные установки. В лабораторных и домашних ректификационных колоннах в качестве контактных элементов используются насадки – скрученная специальным образом медная (либо стальная) проволока или сетки для мытья посуды. В этом случае флегма стекает тонкой струйкой по всей поверхности насадки, обеспечивая максимальную площадь контакта с паром.

Насадки из мочалок самые практичные

Конструкций очень много. Недостаток самодельных проволочных насадок – возможная порча материала (почернение, ржавчина), заводские аналоги лишены подобных проблем.

Свойства ректификационной колонны

Материал и размеры. Цилиндр колонны, насадки, куб и дистилляторы обязательно делают из пищевого, нержавеющего, безопасного при нагревании (равномерно расширяется) сплава. В самодельных конструкциях в качестве куба чаще всего используются бидоны и скороварки.

Минимальная длина трубы домашней ректификационной колонны – 120-150 см, диаметр – 30-40 мм.

Система нагрева. В процессе ректификации очень важно контролировать и быстро регулировать мощность нагрева. Поэтому самым удачным решением является нагрев с помощью ТЭНов, вмонтированных в нижнюю часть куба. Подвод тепла через газовую плиту не рекомендуется, поскольку не позволяет быстро менять температурный диапазон (высокая инертность системы).

Контроль процесса. Во время ректификации важно следовать инструкции производителя колонны, в которой обязательно указываются особенности эксплуатации, мощность нагрева, флегмовое число и производительность модели.

Термометр позволяет точно контролировать процесс отбора фракций

Очень сложно контролировать процесс ректификации без двух простейших приспособлений – термометра (помогает определить правильную степень нагрева) и спиртометра (измеряет крепость полученного спирта).

Производительность. Не зависит от размеров колонны, поскольку, чем выше царга (труба), тем больше физических тарелок находится внутри, следовательно, качественнее очистка. На производительность влияет мощность нагрева, которая определяет скорость движения потоков пара и флегмы. Но при переизбытке подаваемой мощности колонна захлебывается (перестает работать).

Средние значения производительности домашних ректификационных колон – 1 литр в час при мощности нагрева 1 кВт.

Влияние давления. Температура кипения жидкостей зависит от давления. Для успешной ректификации спирта давление вверху колонны должно быть приближено к атмосферному – 720-780 мм.рт.ст. В противном случае при уменьшении давления снизится плотность паров и увеличится скорость испарения, что может стать причиной захлебывания колонны. При слишком высоком давлении падает скорость испарения, делая работу устройства неэффективной (нет разделения смеси на фракции). Для поддержания правильного давления каждая колонна для ректификации спирта оборудована трубкой связи с атмосферой.

О возможности самодельной сборки. Теоретически, ректификационная колонна не является очень сложным устройством. Конструкции успешно реализуются умельцами в домашних условиях.

Но на практике без понимания физических основ процесса ректификации, правильных расчетов параметров оборудования, подбора материалов и качественной сборки узлов, использование самодельной ректификационной колоны превращается опасное занятие. Даже одна ошибка может привести к пожару, взрыву или ожогам.

В плане безопасности прошедшие испытания (имеют подтверждающую документацию) заводские колонны надежнее, к тому же поставляются с инструкцией (должна быть подробной). Риск возникновения критической ситуации сводится только к двум факторам – правильной сборке и эксплуатации согласно инструкции, но это проблема почти всех бытовых приборов, а не только колонн или самогонных аппаратов.

Принцип работы ректификационной колонны

Куб наполняют максимум на 2/3 объема. Перед включением установки обязательно проверяют герметичность соединений и сборки, перекрывают узел отбора дистиллята и подают охлаждающую воду. Только после этого можно начать нагрев куба.

Оптимальная крепость подаваемой в колонну спиртосодержащей смеси – 35-45%. То есть в любом случае перед ректификацией требуется дистилляция браги. Полученный продукт (спирт-сырец) потом перерабатывают на колонне, получая почти чистый спирт.

Это значит, что домашняя ректификационная колонна не является полной заменой классического самогонного аппарата (дистиллятора) и может рассматриваться лишь как дополнительная ступень очистки, более качественно заменяющая повторную дистилляцию (вторую перегонку), но нивелирующая органолептические свойства напитка.

Справедливости ради отмечу, что большинство современных моделей ректификационных колон предполагают работу в режиме самогонного аппарата. Для перехода к дистилляции нужно лишь перекрыть штуцер соединения с атмосферой и открыть узел отбора дистиллята.

Если одновременно перекрыть оба штуцера, то нагретая колонна может взорваться из-за избыточного давления! Не допускайте подобных ошибок!

На промышленных установках непрерывного действия зачастую брагу перегоняют сразу, но это возможно благодаря гигантским размерам и особенностям конструкции. Например, стандартом считается труба 80 метров высоты и 6 метров диаметра, в которой установлено в разы больше контактных элементов, чем на ректификационных колоннах для дома.

Размер имеет значение. Возможности спиртзаводов в плане очистки куда больше, чем при домашней ректификации

После включения жидкость в кубе доводится нагревателем до кипения. Образовавшийся пар поднимается вверх по колонне, затем попадает в дефлегматор, где конденсируется (появляется флегма) и по стенкам трубы возвращается в жидком виде в нижнюю часть колонны, на обратном пути контактируя с поднимающимся паром на тарелках или насадках. Под действием нагревателя флегма снова становится паром, а пар вверху опять конденсируется дефлегматором. Процесс становится циклическим, оба потока непрерывно контактируют друг с другом.

После стабилизации (пара и флегмы достаточно для равновесного состояния) в верхней части колонны скапливаются чистые (разделенные) фракции с самой низкой температурой кипения (метиловый спирт, уксусный альдегид, эфиры, этиловый спирт), внизу – с самой высокой (сивушные масла). По мере отбора нижние фракции постепенно поднимаются вверх по колонне.

В большинстве случаев стабильной (можно начинать отбор) считается колонна, в которой температура не меняется на протяжении 10 минут (общее время прогрева – 20-60 минут). До этого момента устройство работает «само на себя», создавая потоки пара и флегмы, которые стремятся к равновесию. После стабилизации начинается отбор головной фракции, содержащей вредные вещества: эфиры, альдегиды и метиловый спирт.

Ректификационная колонна не избавляет от необходимости разделять выход на фракции. Как и в случае с обычным самогонным аппаратом приходится собирать «голову», «тело» и «хвост». Разница только в чистоте выхода. При ректификации фракции не «смазываются» – вещества с близкой, но хотя бы на десятую долю градуса разной температурой кипения не пересекаются, поэтому при отборе «тела» получается почти чистый спирт. Во время обычной дистилляции разделить выход на фракции, состоящие только из одного вещества, невозможно физически какая бы конструкция не использовалась.

Если колонна выведена на оптимальный режим работы, то при отборе «тела» трудностей не возникает, так как температура всё время стабильна.

Нижние фракции («хвосты») при ректификации отбирают, ориентируясь по температуре или по запаху, но в отличие от дистилляции эти вещества не содержат спирта.

Возвращение спирту органолептических свойств. Зачастую «хвосты» требуются, чтобы вернуть спирту-ректификату «душу» – аромат и вкус исходного сырья, например, яблока или винограда. После завершения процесса в чистый спирт добавляют некоторое количество собранных хвостовых фракций. Концентрацию рассчитывают эмпирическим путем, экспериментируя на небольшом количестве продукта.

Преимущество ректификации в возможности добыть практически весь содержащийся в жидкости спирт без потери его качества. Это значит, что «головы» и «хвосты», полученные на самогонном аппарате, можно переработать на ректификационной колонне и получить безопасный для здоровья этиловый спирт.

Захлебывание ректификационной колонны

Каждая конструкция имеет предельную скорость движения пара, после которой течение флегмы в кубе сначала замедляется, а потом и вовсе прекращается. Жидкость накапливается в ректификационной части колонны и происходит «захлебывание» – прекращение тепломассообменного процесса. Внутри происходит резкий перепад давления, появляется посторонний шум или бульканье.

Многие путают высокоукрепленную дистилляцию с ректификацией, но загвоздка ректификации в том, что на выходе Вы получаете чистый спирт (тут также есть несколько степеней крепости).

По высоте колонны приняты следующие нормы: для 1,5” колонн – 1-1,5 метра, для 2” – 1,5-2 метра, но при должной сноровке и другом доп. оборудовании можно компенсировать недостающую высоту.

Колонна должна быть укомплектована насадкой посерьезней, чем РПН. СПН, насадка Зульцера – правильный выбор для ректификации. Объяснение этому простое – РПН и прочие имеют высокую пропускную способность, что не позволяет должным способом удерживать спиртовые фракции в колонне.

Что касается характеристик насадки, важным пунктом является диаметр насадки, а точнее отношение диаметра трубы к диаметру насадки. Данный показатель должен быть равен 10. Допустим, труба 2” – 50мм, насадку следует использовать с диаметром 5мм, такую как СПН-Докторская 5х5.

Настройка максимально эффективной работы с Вашей колонной:

Надо выявить эмпирическим путем максимальную мощность, которую способна утилизировать Ваша колонна. Очевидным должен быть тот факт, что для ректификации требуется постоянный, нескачущий нагрев. Лучше всего использовать нагрев ТЭНами. На это будут влиять такие факторы, как пропускная способность насадки, возможности узла отбора, мощность дефлегматора.

Установить максимальную мощность можно путем «лесенки»: кран отбора закрыт, выставляем 1кВт, ждем порядка 10-30 минут. Справляется? Поднимаем до 1.5кВт, опять ждем. Справляется? Поднимаем до 2кВт. Не справляется? Выставляем 1.75кВт. Естественно, нам надо будет подождать 10-30 минут для стабилизации колонны (давать колонне «работать на себя» час и больше не видим смысла).

Таким незатейливым способом мы узнаем максимальную мощность Вашей колонны.

Головы отбираем стандартно: 1-3 капли в секунд. Во время отбора голов температура в узле отбора будет немного подниматься.

Прекращать отбор голов можно основываясь на нескольких индикаторах:

Температура в узле отбора держится стабильной на протяжении 15-20 минут.
С помощью рук и носа – органолептически, когда начнете чувствовать запах спирта (не всякой режущей от запаха глаза жижи).
Самый простой – отобрано 7-10% от количества абсолютного спирта.

Дело подходит к отбору тела. Надо выяснить какую интенсивность отбора можно выставлять без потери качества продукта. Предел возможного отбора кратен 1 литру в час. Если Ваша максимальная мощность 1.8кВт, то и отбор больше 1.8л/ч, к глубокому сожалению, невозможен (пока гуру данной индустрии не придумали как получать спирт из воздуха).

Отбор настраиваем также «лесенкой». Выставляем, допустим, 500мл/час. Наблюдаем как за спиртуозностью, так и за термощупом в колонне. Температура должна быть стабильной. Рост температуры будет свидетельством того, что интенсивность отбора избыточна (рост также возможен из-за изменения атмосферного давления, так что тут следует различать данные факторы).

Возможно такое, что настроив хороший интенсивный отбор в начале, на второй половине его придется снизить, так как содержание спирта в кубе падает и происходят иные процессы (изменение коэффициентов испарения спиртов).

Нескольких практик будет достаточно для понимания Вашей колонны и того, как с ней работать максимально эффективно.

Отбор следует прекращать тогда, когда его уже крайне трудно удержать при стабильной температуре. Лучше, после 93-94 в кубе продукт собирать в отдельные емкости, чтобы сравнивать жидкости и, если уже не устраивает результат, отставлять в сторонку и пускать на повторную ректификацию.

Отбирать до 99 в кубе или нет – выбирать Вам. Полученное можно пустить на повторную ректификацию, но после 97-98 в кубе процент питкого спирта крайне мал. Так что, все на Ваш выбор.

Отбор пропал или колонна не стабилизируется? Поздравляем, это захлеб колонны!

Что же НЕ надо делать?

Подавать избыточную мощность на колонну (за исключением тех случаев, когда требуется смочить насадку перед началом работы).

Переохлаждать флегму. Избыточная подача охл.воды на дефлегматор приводит к тому, что флегма возвращается в колонну переохлажденной. Это приводит к отключению от процесса части колонны или захлебу.

Температура на выходе из дефлегматора должна быть 40-63 градуса!

Выбирать маленькую насадку или слишком плотно ее засыпать. Плотная насадка приводит к уменьшению пропускной способности.

Ректификация представляет собой процесс разделения бинарных, многокомпонентных или непрерывных смесей на практически чистые компоненты или их смеси (фракции), отличающиеся температурами кипения (для бинарных и многокомпонентных смесей) или интервалами выкипания (для непрерывных смесей).

Анализ фракций нефти и нефтепродуктов на содержание в них индивидуальных углеводородов и их классов показывает, что нефть и ее фракции представляют собой сложную многокомпонентную смесь. Количество компонентов в нефти превышает 2000. Из-за большого количества компонентов нефть принято считать непрерывной смесью и выражать ее состав кривой истинных температур кипения (ИТК), имеющей плавный, непрерывный характер.

Процесс ректификации осуществляется в результате контакта потоков пара и жидкости. При этом непременным условием является перемещение пара и жидкости навстречу друг другу по высоте (длине) ректификационного аппарата. Движущей силой тепло- и массообмена между паром и жидкостью в аппарате является разница температур по высоте (длине) аппарата.

Наиболее удобно иллюстрировать принцип действия ректификационного аппарата на примере колонны с колпачковыми тарелками.

Ректификационные колонны

Тепломассообмен между противоточно движущимися неравновесными паровой и жидкой фазами в ректификационных осуществляется на контактных устройствах (КУ), которые часто называются “тарелками”.

В ректификационных колоннах поток парового орошения создается нагревательными элементами (печь, ввод перегретого водяного пара), а жидкого – конденсационными устройствами (холодильники – конденсаторы, холодные циркуляционные орошения).

В результате взаимодействия между паровой и жидкой фазами на КУ в соответствии с законами термодинамического парожидкостного равновесия паровая фаза обогащается легкокипящими, а жидкая – тяжелокипящими компонентами. Поэтому именно КУ и определяют в значительной мере общую эффективность процесса разделения.

Для нефтяных колонн вообще и для колонн АВТ, в частности, можно выделить ряд присущих им характерных особенностей:

очень высокая производительность по сырью (до 1000 м 3 /ч для атмосферной колонны);
подвод тепла в разделительную систему осуществляется огневым нагревом сырья в трубчатой печи (основная и вакуумная колонны АВТ), вводом перегретого водяного пара (практически все колонны) и циркуляцией «горячей струи» (отбензиневающая колонна АТ);
последнее обстоятельство предполагает применение специальных сепарационных зон для разделения паровой и жидкой фаз;
в схеме ректификации присутствуют выносные отпарные секции, а также циркуляционные орошения, что предполагает возможность организации на КУ боковых отборов жидкой фазы и подводов как паровой, так и жидкой фаз в нескольких точках по высоте колонны.

Эти особенности должны учитываться при выборе конструкций контактных устройств в задачах проектирования блоков разделения нефти.

Принцип работы ректификационной колонны

Конструкция ректификационной колонны представляет собой вертикальную емкость цилиндрической формы различного или постоянного сечения, которая используется для физического разделения смеси углеводородов и получения требуемых нефтепродуктов заданного качества в результате ректификации.

В колонне пары перемещаются вверх от тарелки к тарелке за счет разности давлений в эвапорационном пространстве и вверху колонны. Жидкость стекает вниз по тарелкам и сливным устройствам под действием силы тяжести.

Ректификационную колонну можно разделить на 3 функциональные части:

Для возможности протекания процесса ректификации температура нефти должна быть ниже температуры подаваемого пара. Данное следствие исходит из свойств равновесной системы. Если температура нефти была бы равна или ниже температуры пара процесс ректификации был бы невозможен.

Классификация ректификационных колон

Колонные аппараты можно разделить в зависимости от технологического процесса:

Атмосферная и вакуумная перегонка (нефти и мазута);
Вторичная перегонка бензина;
Стабилизация нефти, газоконденсатов, нестабильных бензинов;
Фракционирование нефтезаводских, нефтяных и природных газов;
Отгонка растворителей при процессах очистки масел;
Разделение продуктов термодеструктивных и каталитических процессов переработки нефтяного сырья и газов и т. д.;

Характеристика ректификационных колонн различных установок НПЗ

Типы контактных устройств ректификационных колон

Для осуществления процесса ректификации в колонных аппаратах обязательно используют контактные устройства:

Насадочные; ;
Роторные.

Роторные колонны не получили большого распространения, к то время как тарельчатые и насадочные имеют большую популярность.

Тарелка с колпачковыми контактными устройствами

Видео: устройство и работа ректификационной колонны

Читайте также: