Ректификационное оборудование

 

с 2000 года на рынке 
ректификационного оборудования

Ректификационное оборудование.
Назначение, применение, комплектация.

Этиловый спирт широко применяется в домашнем хозяйстве как пищевой продукт используемый для приготовления напитков, как консервирующее средство. Спирт незаменим и при приготовлении лекарственных настоек, применяется как эффективное средство для компрессов и растирок.
Во все времена люди производили спирт (самогон) в домашних условиях, но получить действительно качественный продукт было крайне сложно в связи с двумя проблемами: юридической (запрет самогоноварения) и технической (отсутствие простого, дешевого и надежного оборудования).

С 1 января 1997 года не существует запрета на производство спирта для нужд домашнего и фермерского хозяйства.

Техническая проблема решена с разработкой лабораторного универсального ректификационно-дистиляционного комплекса ЛУРДК. из составных частей которого комплектуются установки РУСЬ.

Основными направлениями применения колонн, собранных на базе модулей ЛУРДК, являются:

• повышение качества органических растворителей на малых предприятиях (например, очистка технических растворителей, таких, как изопропиловый спирт, ацетон и др., до квалификации Ч, ХЧ и ОЧ);
• очистка растворов органических веществ в химических, биохимических, фармацевтических лабораториях и малых производствах;
• регенерация отходов органических растворителей с целью их повторного использования;
• выделение душистых веществ на предприятиях парфюмерного профиля; 
• переработка фальсифицированной водки и и спиртосодержащих жидкостей.

Разработчики создали оптимальный (по соотношению цена - качество - производительность) состав комплекса ЛУРДК, позволяющий собирать ректификационные установки типа РУСЬ производительностью от 1 до 12 л/ч, и разработали технологию работы на этих установках, обеспечивающую получение высококачественного пищевого спирта. 
Установки типа РУСЬ выполнены из материалов, разрешенных к применению в пищевой промышленности, и сертифицированны.

Ректификационная колонна — противоточный колонный аппарат, в котором по всей его высоте осуществляется процесс тепломассообмена между стекающей вниз жидкостью (флегмой) и поднимающимся вверх паром. Процесс тепломассообмена заключается в непрерывном "обмене" теплом и отдельными компонентами между жидкой и паровой фазами. Жидкая фаза обогащается более высоко кипящим компонентом, а паровая фаза — более низко кипящим.

Поток пара создается за счет подвода тепла в нижнюю часть колонны и испарения находящейся там жидкой смеси. Поток жидкости (орошения, флегмы) организуется за счет отвода тепла из верхней части колонны и конденсации поступающего туда пара. Взаимодействие потоков осуществляется в специальных контактных устройствах (КУ), размещенных по высоте колонны.

Суть процесс ректификации заключается в многократно повторяющемся по высоте колонны цикле испарения жидкости и конденсации ее паров (достижение равновесных состояний).

Для проведения процесса ректификации в основном используют два типа колонн: 

• тарельчатые, в которых контактные устройства выполнены в виде тарелок, расположенных на определенном расстоянии друг от друга;
• насадочные, в которых контактные устройства заполняют практически весь объем колонны.

Для разделения простых бинарных смесей обычно используется одна простая колонна с небольшим числом тарелок устройств (обычно не более десяти), для разделения многокомпонентных и непрерывных смесей (нефть, широкие бензиновые фракции) требуется система колонн, каждая из которых разделяет поступающую в нее смесь на соответствующие компоненты (фракции). Число тарелок в каждой из таких колонн может достигать нескольких десятков.

Основными рабочими параметрами процесса ректификации являются давление и температура в системе, соотношение потоков жидкости и пара (флегмовое число), число контактных ступеней.

В качестве контактных элементов в больших ректификационных колоннах обычно используются тарелки. Каждая такая тарелка, расположенная в колонне, называется физической тарелкой (ФТ). Назначение такой тарелки, как и любого другого контактного устройства, - обеспечить наиболее тесное соприкосновение жидкой и паровой фаз для максимального достижения состояния равновесия между ними.
Тарелки работают следующим образом. Пар в виде пузырьков с развитой поверхностью проходит через слой флегмы, находящейся на тарелке. В результате такого «пробулькивания», тепломассообмен между жидкой и паровой фазами интенсифицируется. 

Конструкции тарелок разнообразны, часть из них стандартизирована. Выбор типа тарелки определяется видом смеси, производительностью колонны, требованиями по степени ректификации, качеству разделяемых компонентов (фракций) и т. п. Тарельчатые колонны используются, как правило, в крупнотоннажных производствах.

Для успешного взаимодействия флегмы, стекающей вниз по колонне, и пара, движущегося вверх, можно использовать любые другие контактные элементы, увеличивающие площадь и эффективность этого взаимодействия. 

Для ректификационных колонн сверхмалого диаметра (10-70мм) более эффективным, по сравнению с тарелкой, контактным элементом является насадка. Насадка заполняет собой весь внутренний объем ректификационной части колонны. Существует множество различных типов насадок, например, регулярные насадки — Спрейпак, Зульцер, Стедман; хаотичные (насыпные) — керамические кольца Лессинга, Паля, Берля, наиболее распространенная – проволочная спирально-призматическая насадка.

В ректификационных модулях ЛУРДК используются насадки типа Зульцер (из гофрированной нержавеющей или медной сетки с навивкой по спирали Архимеда), спирально-призматическая (мелкие пружинки из нержавеющей или медной проволоки) и специальная спирально-винтовая.

Насадочные колонны приобретают все более широкое распространение в последние годы. Используемые в них насадки также весьма разнообразны по конструкции и применяемому материалу. Насадочные КУ имеют высокую эффективность, хорошие массовые характеристики, однако, как правило, с ростом диаметра колонны их эффективность резко падает, а некоторые типы насадок, например, спирально- призматические, теряют работоспособность уже при диаметре колонны 100 мм. Кроме того, они, как правило, дороже тарельчатых.

Поэтому насадочные колонны обычно используются в малотоннажном производстве (исключение составляют насадки Зульцера, Спрейпак, складчатые сетчатые кубики, сохраняющие конкурентоспособность с тарелками и при больших диаметрах колонн).

В насадочных контактных устройствах, в отличие от тарельчатых КУ, процесс тепломассообмена осуществляется не за счет организации интенсивного перемешивания взаимодействующих фаз, а за счет увеличения поверхности границы раздела фаз. Для этого используются пористые, сетчатые и тому подобные материалы с большой удельной поверхностью. Например, у насадки Зульцер в 1м3 объема площадь контакта ( общая поверхность насадки) достигает порядка 400…500 м2.

Можно из 10%-ro спиртового раствора с помощью простой перегонки получить 40%-ый раствор. Затем из 40%-го раствора тем же способом можно получить 60%-ый раствор.
и убедиться в том, что для достижения в конечном дистилляте концентрации спирта, равной 96%, теоретически потребуется не менее 9...10 таких последовательных перегонок.
Каждая такая перегонка-ступенька условно называется теоретической тарелкой (ТТ). Количество ТТ физически означает количество перегонок, необходимых для получения 96%-го спирта из его 10%-го раствора чистого спирта в чистой воде.

Мы практически никогда не имеем чистой смеси спирта с водой (если это не хорошая водка). На практике, единственным источником спиртосодержащей жидкости для получения спирта-ректификата является бражка или самогон. Оба этих раствора кроме воды и спирта содержат в себе небольшое (по объему) количество примесей. Однако в этих примесях обнаружено порядка 70 разнообразных компонентов, температура кипения которых находится вблизи температуры кипения спирта-ректификата. Более того, многие из этих примесей с «большим удовольствием» образуют со спиртом и водой многокомпонентный азеотроп спирта-ректификата с ухудшенными вкусовыми свойствами.Опыт показал, что для получения качественного спирта из указанных выше «первоисточников» необходимо иметь не менее 25...30 ТТ В ректификационных комплектах РУСЬ, собранных из отдельных модулей ЛУРДК ректификационная часть колонны имеет не менее 35 ТТ, а некоторые модели, такие как Русь-6, имеют более 40 ТТ.