Scopul și caracteristicile procesului de rectificare. Descrierea procesului de rectificare. B) tratamentul chimic al alcoolului brut

Alcoolii au devenit parte a vieții noastre. Și nu este doar alcool. Se obține prin fermentare urmată de distilare. Și adesea oamenii cred în mod greșit că rectificarea este a doua distilare. De fapt, aceasta este o serie multiplă de lichide care conțin alcool în coloane speciale. Ca rezultat al întâlnirii a două fluxuri - lichid și vapori - se obține alcool pur. Să vedem ce este rectificarea mai detaliată.

Alcoolul și proprietățile acestuia

Dar mai întâi, să ne dăm seama ce este alcoolul. Cuvântul a fost împrumutat din limba latină și înseamnă „spirit”. Dacă sunt îndeplinite toate condițiile normale, atunci va fi un lichid incolor, transparent, cu gust ascuțit și aromă caracteristică. Alcoolul pur va fi puternic în intervalul 95,6-100%.

Omenirea cunoaște de mult timp băuturile alcoolice, ca și în cazul sucului fermentat din fructe și fructe de pădure naturale. Pe atunci, acestea erau băuturi cu un conținut scăzut de alcool. Dar odată cu dezvoltarea cunoștințelor chimice, oamenii au primit din ce în ce mai multe băuturi tari. Dar abia la sfârșitul secolului al XVIII-lea au reușit să obțină alcool 100% rectificat. Inventatorul a fost chimistul rus T.E. Lovitz.

Ce este rectificarea

Cuvântul a venit în limba noastră din limba latină și înseamnă corectare, îndreptare. Aceasta este una dintre metodele utilizate în industrie, laboratoare sau acasă pentru separarea lichidelor mixte.

Procesul de rectificare se bazează pe diferența de distribuție a componentelor mixte între fracțiunile de vapori și lichide. În acest proces, fluxul de abur se deplasează spre fluxul de lichid, acestea intră în contact, schimbând căldură și masă până când apare echilibrul în sistem. Toate acestea au loc într-un dispozitiv special numit aparat de coloană de distilare.

În procesul de satisfacere a debitelor, debitul ascendent de abur absoarbe toate componentele volatile, iar lichidul care curge - mai puțin volatil. Ca și în procesul de distilare - un alt proces de obținere a alcoolului - consumul de energie în timpul rectificării este același, dar extracția componentei necesare (în cazul nostru, alcoolul) este mult mai eficientă. Asta este rectificarea.

Pentru ca lichidul și vaporii să interacționeze mai cu succes, elementele de contact sunt utilizate în instalații - plăci sau ambalaje. Acestea măresc eficiența și zona de interacțiune a două fluxuri contra. Principiul funcționării lor este după cum urmează: vaporii care urcă trec prin elementul de contact și lichidul acumulat pe el, schimbând masa și căldura mai intens. Cu cât sunt mai multe elemente instalate în proiectare, cu atât va fi mai rapid echilibrul dintre vapori și fracția lichidă.

În ce fel diferă rectificarea de procesul de distilare, vom lua în considerare în tabelul următor.

Diferența dintre rectificare și distilare

Diferența	Distilare	Rectificarea alcoolului
A primit puterea băuturii	Depinde de numărul de distilări și de calitatea aparatului, acesta poate varia de la 40 la 65 vol.	Poate ajunge la 96 vol.
Calitatea băuturilor	Aroma și gustul de materii prime utilizate sunt păstrate.	Alcool rectificat, fără alte impurități.
Obținerea fracțiilor pure	Calitatea separării este extrem de slabă, substanțele sunt amestecate și nu există nicio modalitate de a remedia acest lucru.	Dacă există substanțe care fierb la temperaturi diferite, atunci acestea vor fi curate la ieșire.
Îndepărtarea substanțelor dăunătoare sănătății	Pentru îndepărtarea de înaltă calitate a uleiurilor fusel, sunt necesare cel puțin două distilări.	Dacă toate tehnologiile sunt urmate, acestea sunt eliminate complet.
Pierderi de alcool	Chiar dacă sunt respectate toate regulile, doar 80% din total vor fi recuperate.	Practic nicio pierdere. Doar 1-3% poate fi pierdut.
Pericol de explozie și incendiu	Dispozitivul este destul de simplu, dar există încă un risc.	Echipamentul este destul de complex și, dacă se face o greșeală, este posibilă o explozie.

Echipamente de rectificare

Pentru acest proces pot fi utilizate două tipuri de echipamente: instalație continuă și centrală discontinuă. Primul tip este utilizat în industrie, deoarece automatizarea este utilizată pentru a regla munca, care este costisitoare și complexă. Pentru laboratoare, se utilizează un al doilea tip de echipament mai simplu și mai ieftin. Conține mijloace elementare de reglare a selecției - un termometru și un manometru care măsoară schimbarea presiunii pe șir.

Structura coloanei de rectificare

Schema clasică arată astfel. O coloană verticală (numită și tsarga) și un deflegmator cu întrerupător de limită sunt instalate pe cubul evaporatorului. O astfel de instalație nu necesită mecanisme complexe, ci doar un robinet pentru selecție, o vizor, un termometru și, uneori, un regulator de putere.

Trebuie amintit că cu cât înălțimea coloanei este mai mare, cu atât schimbul de masă și căldură al celor două fluxuri va fi mai intens. Și rectificarea alcoolului va fi mai bună.

Principiul coloanei

Cubul este umplut cu maximum două treimi din volumul său cu un amestec care conține alcool, se verifică etanșeitatea îmbinărilor, supapa de selecție este închisă și este furnizat un element de răcire (cel mai adesea apă). Încălzirea poate fi pornită abia acum.

Este important să știți: nu ar trebui să închideți niciodată două duze (extracția rectificării și alimentarea cu apă) în același timp, din aceasta coloana poate exploda pur și simplu sub influența excesului de presiune rezultat!

Cu un încălzitor, lichidul turnat în cub este adus la fierbere și vaporii rezultați cresc. Apoi, după ce a intrat în condensatorul de reflux, acesta se condensează și curge pe pereți, din nou în contact cu aburul nou în creștere. Loveste din nou încălzitorul, devine abur și procesul se repetă.

După ceva timp, vaporii și lichidul ajung la echilibru și o fracțiune cu punct de fierbere scăzut (metanol) se acumulează în partea superioară. În partea de jos - cu mare (uleiuri fusel). Acum pot fi selectate.

Echilibrul este determinat prin menținerea temperaturii timp de 10 minute. Până în acest moment, nu este nevoie să atingeți dispozitivul.

Unitate de selecție a coloanei

Ce este un nod de selecție? Cel mai adesea este o latură mică care încetinește, împiedicându-l să se scurgă, flegmă (lichid condensat din vapori). Dacă deschideți robinetul unității de selecție, atunci flegma reținută curge în frigider, transformându-se în alcool rectificat.

Același lichid, care nu a rămas în lateral, curge mai departe pentru a repeta ciclul din nou. ÎN plante industriale puteți seta raportul dintre rectificat și reflux, care este returnat (raport de reflux) folosind o atingere. Puritatea și procentul de alcool depind de acest număr. Cu cât este mai mare, cu atât alcoolul este mai pur.

Se întâmplă ca un astfel de fenomen neplăcut să apară ca inundarea coloanei de distilare. Informațiile despre faptul că acest lucru sa întâmplat sunt indicate de un zgomot puternic în interiorul structurii. Poate exista mai multe motive pentru care a existat o inundație, ia în considerare acestea.

Când coloana se îneacă

Viteza maximă a mișcării aburului în fiecare proiect este diferită. Când este atins, flegma încetinește mișcarea sa în cub și apoi se poate opri cu totul. Acumularea sa în partea de rectificare determină oprirea procesului de transfer de căldură și masă. Rezultatul este o scădere de presiune (adesea foarte ascuțită) și apariția unui zgomot străin.

Motive pentru „sufocare”:

cel mai adesea acest lucru se încălzește peste permis;
revărsarea cubului sau înfundarea acestuia cu particule dintr-o compoziție care conține alcool;
în zonele înalte, motivul principal este presiunea atmosferică scăzută;
supratensiune, datorită căreia crește puterea elementului de încălzire;
defecțiuni și erori în proiectare.

Acum știi ce este rectificarea. Alcoolul obținut în urma acestui proces are un gust dur (așa-numitul alcool tehnic). Poate fi folosit în scopuri tehnice, dar pentru industria alimentară va trebui totuși finalizat - diluat, filtrat și infuzat.

Pentru o mai bună purificare, materia primă rezultată este supusă unui proces de carbonizare (trecând prin cărbune activ). Ca urmare a acestei proceduri, alcoolul va dobândi „moliciune” și (o cantitate mică dintre aceștia intră întotdeauna în alcool, chiar dacă ați utilizat procesul de selecție fracționată) va fi legat de cărbune. De fapt, aceasta este o procedură clasică pentru a face celebra vodcă rusească.

După procedurile de diluare și carbonatare, băutura trebuie lăsată să se odihnească. Lăsați-l într-un recipient de sticlă pentru câteva zile. Vodca va merge mai ușor și, dacă nu o ridicați, nu veți avea mahmureală.

ÎN lumea modernă sunt deseori utilizate metode de extragere a elementelor individuale din amestecuri multicomponente, care pot fi ulterior utilizate în scopuri industriale și multe alte scopuri. Procesul de rectificare este unul dintre cele mai eficiente. Mulți oameni îl folosesc pentru a produce băuturi alcoolice acasă.

Rectificarea este o procedură pentru separarea amestecurilor de tip multicomponent în elemente individuale. Separarea se realizează datorită faptului că între vapori și lichid apare un schimb contracurent de masă și căldură. Procesul de rectificare poate fi realizat continuu și din când în când.

Pentru a putea efectua rectificarea, trebuie să aveți echipamente specializate. Poate fi reprezentat printr-o coloană de rectificare. Este un echipament care este foarte des utilizat în industrie și acasă la fabricarea alcoolului foarte purificat pentru producția de băuturi alcoolice sau consumabile medicale... De asemenea, cu ajutorul coloanelor de rectificare, puteți obține benzină și alte tipuri de combustibil.

Coloana de distilare este un vas vertical cu o secțiune transversală constantă sau variabilă. În interiorul acestui cilindru există unități auxiliare speciale și dispozitive pentru schimbul de masă și temperatură pentru a putea separa lichidele multicomponente în fracții separate pentru utilizarea lor ulterioară. În coloană, toate componentele separate au o temperatură apropiată de punctul de fierbere.

Cea mai obișnuită coloană pentru efectuarea procesului de rectificare este un vas cilindric care are dispozitive de contact încorporate. Sunt reprezentate de diverse plăci și atașamente. De asemenea, are unități auxiliare, a căror activitate vizează conducerea sau distribuirea lichidului și aburului în interiorul vasului în modul corect, astfel încât să se obțină un produs de înaltă calitate la ieșire.

Rectificarea este folosită în lumea modernă tipuri diferite lichide multicomponente pentru a separa de ele elementele necesare pentru utilizare ulterioară. Rectificarea alcoolului este destul de frecventă.

Acest proces constă în mai multe etape:

În primul rând, este necesar să aduceți la fierbere lichidul, care, împreună cu alte substanțe, conține alcool.
După aceea, vaporii lichidului încălzit se ridică în coloană. Se acumulează în condensatorul de reflux.
După aceea, condensatorul de reflux este răcit.
După procesul de răcire, se formează condens pe suprafața condensatorului de reflux.
Picături de condens curg pe coloană.
În partea de jos a coloanei, toate picăturile de condens se acumulează într-un ambalaj special.
Duza le ridică înapoi.
Ca urmare, lichidul se acumulează în partea superioară a coloanei, care se fierbe ușor. O parte din acesta se acumulează în condensator, în timp ce cealaltă parte intră în recipientul de recepție.

În lumea modernă, rectificarea uleiului este utilizată pentru a obține anumite tipuri de combustibil. Acest proces necesită mult timp și energie. Ca urmare, este posibil să obțineți benzină sau gaz la priză. Acest proces se desfășoară și în coloane de rectificare, care sunt mai mari decât cele de uz casnic. Principiul lor de funcționare este similar. Etapele rectificării uleiului sunt aceleași ca și pentru rectificarea lichidelor care conțin sprite. Numai la priză se formează combustibili separați.

Rectificarea benzenului este utilizată pe scară largă la instalațiile de producere a cocsului.

În acest caz, se formează substanțe precum:

benzen pur,
tluene,
xilen.

În lumea modernă, există trei tipuri de rectificare.

Acestea sunt reprezentate de următoarele tipuri:

Rectificare simplă.

Această procedură este tipică pentru acele cazuri în care se utilizează o coloană de distilare de tip placă. Ca urmare a schimbului de căldură și masă al vaporilor, la ieșire se obține un lichid purificat de tipul necesar.

Redresare care circulă cu abur.

Această furcă se bazează pe utilizarea coloanelor de rectificare, care funcționează pe principiul circulării aburului. În acest caz, impuritățile sunt distribuite diferit între substratul lichid și vapori.

Acest tip de rectificare este adecvat pentru izolare elementul dorit din materii prime care conțin o cantitate minimă de hidrocarburi non-aromatice.

Toate aceste metode vizează izolarea anumitor substanțe necesare pentru utilizare ulterioară de lichide formate din mai multe componente. Alegerea lor depinde de tipul de coloană de distilare și de materia primă, care trebuie împărțită în fracții și substanța dorită este izolată.

Tabelul 1. Punctul de fierbere al amestecului apă-alcool.

Punctul de fierbere al amestecului (0 C)	Conținutul de alcool în amestec (0)	Conținutul de alcool în perechi (0)
100	0	0
98,75	1	13
97,50	2	28
95	5	42
93,75	7	50
92,50	10	55
91,25	12	61
90	15	66
88,75	18	68
87,50	20	71
85	30	78
83,75	40	82

Tabelul 2. Producția de alcool și vodcă dintr-un kilogram de materii prime.

Tipul materiei prime	Consumul de alcool, litru / kg	Putere de vodcă 40 0 \u200b\u200blitri / kg
Cartofi	0,11-0,18	0,35
secară	0,4-0,43	0,88
Grâu	0,433	0,92
Orez	0,587	1,247
Ovăz	0,358	0,895
Mazăre	0,408	0,767
Mei	0,413	0,876
Amidon	0,716	1,521
Ghinde	0,25	0,558
Sfeclă	0,082-0,12	0,212
Strugurii	0,09-0,14	0,247
Merele	0,064	0,138
Pere	0,052-0,10	0,165
Orz	0,344	0,724
Hrişcă	0,473	1,004
cireașă	0,045-0,06	0,121
Zahăr	0,511	1,080
castan	0,258	0,572

Scopul articolului este de a analiza aspectele teoretice și unele aspecte practice ale funcționării unei coloane de distilare la domiciliu care vizează producerea alcoolului etilic, precum și de a risipi cele mai frecvente mituri de pe internet și de a clarifica punctele despre care vânzătorii de echipamente sunt „tăcuți”.

Rectificarea alcoolului - separarea unui amestec multicomponent care conține alcool în fracțiuni pure (alcooli etilici și metilici, apă, uleiuri fusel, aldehide și altele) având diferite puncte de fierbere, prin evaporarea repetată a lichidului și condensarea aburului pe dispozitivele de contact (plăci sau duze) în aparate speciale de turn de contracurent.

Din punct de vedere fizic, rectificarea este posibilă, deoarece inițial concentrația componentelor individuale ale amestecului în fazele de vapori și lichide este diferită, dar sistemul tinde spre echilibru - aceeași presiune, temperatură și concentrație a tuturor substanțelor din fiecare fază. La contactul cu un lichid, vaporii sunt îmbogățiți cu componente foarte volatile (cu fierbere scăzută), în timp ce lichidul este îmbogățit cu componente nevolatile (cu fierbere ridicată). Schimbul de căldură are loc simultan cu îmbogățirea.

Diagramă schematică

Momentul de contact (interacțiunea fluxurilor) de vapori și lichide se numește procesul de transfer de căldură și masă.

Datorită diferitelor direcții de mișcare (aburul crește și lichidul curge în jos), după ce sistemul atinge echilibrul în partea superioară a coloanei de rectificare, este posibil să se selecteze separat componentele practic pure care au făcut parte din amestec. În primul rând, apar substanțe cu un punct de fierbere mai scăzut (aldehide, eteri și alcooli), apoi - cu unul ridicat (uleiuri fusel).

Starea de echilibru. Apare chiar la limita separării fazelor. Acest lucru se realizează numai atunci când sunt îndeplinite simultan două condiții:

Presiune egală pentru fiecare componentă individuală a amestecului.
Temperatura și concentrația substanțelor în ambele faze (vapori și lichide) sunt aceleași.

Cu cât sistemul ajunge mai des la echilibru, cu atât este mai eficient transferul de căldură și masă și separarea amestecului în componente separate.

Diferența dintre distilare și rectificare

După cum puteți vedea în grafic, dintr-o soluție de alcool de 10% (mash), puteți obține 40% lumină de lună, iar a doua distilare a acestui amestec va produce un distilat de 60 de grade, iar a treia - 70%. Sunt posibile următoarele intervale: 10-40; 40-60; 60-70; 70-75 și așa mai departe până la maximum 96%.

Teoretic, pentru a obține alcool pur, este nevoie de 9-10 distilări consecutive pe o lună. În practică, este exploziv distilarea lichidelor care conțin alcool cu \u200b\u200bo concentrație de peste 20-30%, în plus, este neprofitabil din punct de vedere economic din cauza consumului ridicat de energie și timp.

Din acest punct de vedere, distilarea alcoolului este de minimum 9-10 distilări simultane, treptate, care au loc pe diferite elemente de contact ale coloanei (ambalaje sau tăvi) de-a lungul întregii înălțimi.

Diferența	Distilare	Rectificare
Proprietățile organoleptice ale băuturii	Păstrează aroma și gustul materiilor prime.	Se dovedește alcool pur, inodor și fără gust (problema are o soluție).
Cetate la ieșire	Depinde de numărul de distilări și de designul aparatului (de obicei 40-65%).	Până la 96%.
Gradul de separare în fracții	Scăzut, substanțele chiar și cu puncte de fierbere diferite sunt amestecate, acest lucru nu poate fi remediat.	Substanțele pure și ridicate pot fi izolate (numai cu puncte de fierbere diferite).
Capacitatea de a elimina substanțele nocive	Scăzut sau mediu. Pentru a îmbunătăți calitatea, sunt necesare cel puțin două distilări cu separare în fracții pentru cel puțin una dintre ele.	Înalt, cu abordarea corectă, toate substanțele nocive sunt întrerupte.
Pierderea alcoolului	Înalt. Chiar și cu abordarea corectă, puteți extrage până la 80% din cantitatea totală, menținând în același timp o calitate acceptabilă.	Scăzut. În teorie, este posibil să se extragă tot alcoolul etilic fără a pierde calitatea. În practică, cel puțin 1-3% pierderi.
Complexitatea tehnologiei pentru implementarea acasă	Scăzut și mediu. Chiar și cel mai primitiv aparat cu bobină este potrivit. Este posibilă îmbunătățirea echipamentului. Tehnologia distilării este simplă și simplă. O lună încă nu ocupă de obicei mult spațiu în stare de funcționare.	Înalt. Este necesar un echipament special, care nu poate fi fabricat fără cunoștințe și experiență. Procesul este mai dificil de înțeles; este necesară o pregătire preliminară cel puțin teoretică. Coloana ocupă mai mult spațiu (mai ales în înălțime).
Pericol (în comparație unul cu celălalt), ambele procese sunt incendiare și explozive.	Datorită simplității luminii lunii, distilarea este oarecum mai sigură (opinia subiectivă a autorului articolului).	din cauza echipamente complexe, atunci când lucrați cu care există riscul de a face mai multe greșeli, rectificarea este mai periculoasă.

Funcționarea coloanei de rectificare

Coloana de distilare - un dispozitiv conceput pentru a separa un amestec lichid multicomponent în fracții separate prin punctul de fierbere. Este un cilindru cu secțiune transversală constantă sau variabilă, în interiorul căruia există elemente de contact - plăci sau duze.

De asemenea, aproape fiecare coloană are unități auxiliare pentru alimentarea amestecului inițial (alcool brut), controlul procesului de rectificare (termometre, automatizare) și retragerea distilatului - un modul în care vaporii unei anumite substanțe extrase din sistem sunt condensate și apoi scoase în exterior.

Unul dintre cele mai comune modele de casă

Alcool brut - produsul distilării mustului prin metoda distilării clasice, care poate fi „turnat” în coloana de rectificare. De fapt, aceasta este lumina lunii cu o putere de 35-45 de grade.

Reflux - abur condensat în condensatorul de reflux, care curge pe pereții coloanei.

Număr de reflux - raportul dintre cantitatea de reflux și masa distilatului selectat. Există trei fluxuri în coloana de distilare a alcoolului: abur, reflux și distilat (obiectiv final). La începutul procesului, distilatul nu este retras astfel încât să apară reflux suficient în coloană pentru transferul de căldură și masă. Apoi, o parte din vaporii de alcool sunt condensați și preluați din coloană, iar vaporii de alcool rămași continuă să creeze un flux de reflux, asigurând funcționarea normală.

Pentru funcționarea majorității instalațiilor, raportul de reflux trebuie să fie de cel puțin 3, adică se ia 25% din distilat, restul este necesar în coloană pentru irigarea elementelor de contact. Regula generala: cu cât alcoolul este mai lent, cu atât este mai bună calitatea.

Dispozitive de contact ale coloanei de distilare (tăvi și ambalaje)

Acestea sunt responsabile pentru separarea multiplă și simultană a amestecului în lichid și vapori, urmată de condensarea vaporilor în lichid - ajungând la echilibru în coloană. Toate celelalte lucruri fiind egale, cu cât sunt mai multe dispozitive de contact, cu atât rectificarea este mai eficientă în ceea ce privește purificarea alcoolului, deoarece suprafața interacțiunii de fază crește, ceea ce intensifică întregul schimb de căldură și masă.

Placă teoretică - un ciclu de ieșire din starea de echilibru cu realizarea sa repetată. Este necesar un minim de 25-30 de plăci teoretice pentru a obține alcool de calitate.

Placa fizică - un dispozitiv cu adevărat funcțional. Aburii trec prin stratul de lichid din tavă sub formă de bule multiple, creând o suprafață mare de contact. În designul clasic, placa fizică oferă aproximativ jumătate din condițiile pentru realizarea unei stări de echilibru. În consecință, pentru funcționarea normală a coloanei de rectificare, sunt necesare de două ori mai multe tăvi fizice decât minimul teoretic (calculat) - 50-60 bucăți.

Duze. Adesea, plăcile sunt utilizate numai în instalațiile industriale. În coloanele de rectificare de laborator și la domiciliu, duzele sunt utilizate ca elemente de contact - sârmă de cupru (sau oțel) sau plase răsucite într-un mod special pentru spălarea vaselor. În acest caz, refluxul curge în jos într-un flux subțire pe întreaga suprafață a ambalajului, asigurând zona maximă de contact cu aburul.

Duzele pentru șervețele sunt cele mai practice

Există o mulțime de modele. Dezavantajul duzelor de sârmă de casă este posibila deteriorare a materialului (înnegrire, rugină), omologii din fabrică sunt lipsiți de astfel de probleme.

Proprietățile coloanei de distilare

Material și dimensiuni. Cilindrul coloanei, ambalajul, cubul și distilatoarele trebuie să fie fabricate din oțel inoxidabil de calitate alimentară, sigure atunci când sunt încălzite (se extind uniform). În construcțiile de casă, conservele și aragazele sub presiune sunt cele mai des utilizate ca cub.

Lungimea minimă a țevii pentru o coloană de rectificare internă este de 120-150 cm, iar diametrul acesteia este de 30-40 mm.

Sistem de incalzire. În timpul procesului de rectificare, este foarte important să controlați și să reglați rapid puterea de încălzire. Prin urmare, cea mai reușită soluție este încălzirea cu elemente de încălzire montate în partea inferioară a cubului. Alimentarea cu căldură printr-o sobă cu gaz nu este recomandată, deoarece nu vă permite să schimbați rapid intervalul de temperatură (inertitate ridicată a sistemului).

Controlul procesului. În timpul rectificării, este important să urmați instrucțiunile producătorului coloanei, care trebuie să indice caracteristicile de funcționare, puterea de încălzire, raportul de reflux și performanța modelului.

Termometrul vă permite să controlați cu precizie procesul de eșantionare a fracțiilor

Este foarte dificil să controlați procesul de rectificare fără două dispozitive simple - un termometru (ajută la determinarea gradului corect de încălzire) și un contor de alcool (măsoară puterea alcoolului rezultat).

Performanţă. Nu depinde de dimensiunea coloanei, deoarece cu cât țarul (țeava) este mai mare, cu atât sunt mai multe tăvi fizice, prin urmare, cu atât este mai bună curățarea. Performanța este influențată de puterea de încălzire, care determină viteza de mișcare a fluxurilor de abur și reflux. Dar, cu un exces de putere furnizată, coloana se îneacă (nu mai funcționează).

Performanța medie a coloanelor de rectificare la domiciliu este de 1 litru pe oră la o putere de încălzire de 1 kW.

Influența presiunii. Punctul de fierbere al lichidelor depinde de presiune. Pentru rectificarea cu succes a alcoolului, presiunea din partea de sus a coloanei trebuie să fie aproape de atmosferă - 720-780 mm Hg. În caz contrar, pe măsură ce presiunea scade, densitatea vaporilor va scădea și rata de evaporare va crește, ceea ce poate provoca inundații ale coloanei. Dacă presiunea este prea mare, rata de evaporare scade, făcând funcționarea dispozitivului ineficientă (nu există separarea amestecului în fracțiuni). Pentru a menține presiunea corectă, fiecare coloană de distilare a alcoolului este echipată cu o conductă de atmosferă.

Despre posibilitatea asamblării de sine stătătoare. În teorie, coloana de distilare nu este foarte complexă. Proiectele sunt implementate cu succes de către meșterii de acasă.

Dar, în practică, fără a înțelege bazele fizice ale procesului de rectificare, calculele corecte ale parametrilor echipamentelor, selectarea materialelor și asamblarea de înaltă calitate a unităților, utilizarea unei coloane de rectificare de casă se transformă într-o ocupație periculoasă. Chiar și o greșeală poate duce la incendiu, explozie sau arsuri.

În ceea ce privește siguranța, coloanele din fabrică testate (au documentație justificativă) sunt mai fiabile, în plus, sunt furnizate cu instrucțiuni (trebuie detaliate). Riscul unei situații critice se reduce la doar doi factori - asamblarea și funcționarea corectă conform instrucțiunilor, dar aceasta este o problemă pentru aproape toate aparatele de uz casnic, nu doar coloanele sau liniile de lună.

Principiul de funcționare a coloanei de rectificare

Cubul este umplut la maximum 2/3 din volum. Înainte de a porni instalația, este imperativ să verificați etanșeitatea conexiunilor și ansamblurilor, să închideți unitatea de selecție a distilatului și să furnizați apă de răcire. Abia atunci puteți începe să încălziți cubul.

Puterea optimă a amestecului care conține alcool furnizat coloanei este de 35-45%. Adică, în orice caz, este necesară distilarea piureului înainte de rectificare. Produsul rezultat (alcool brut) este apoi prelucrat pe coloană, obținând alcool aproape pur.

Aceasta înseamnă că coloana de distilare la domiciliu nu este un înlocuitor complet pentru alba de lună clasică (distilator) și poate fi considerată doar ca o etapă suplimentară de purificare care înlocuiește mai bine re-distilarea (a doua distilare), dar nivelează proprietățile organoleptice ale băuturii.

Din motive de corectitudine, observ că majoritatea modelelor moderne de coloane de rectificare își asumă funcționarea în modul unei lună. Pentru a trece la distilare, trebuie doar să închideți conexiunea la atmosferă și să deschideți unitatea de selecție a distilatului.

Dacă ambele conexiuni sunt oprite în același timp, coloana încălzită poate exploda din cauza suprapresiunii! Nu faceți astfel de greșeli!

În instalațiile industriale cu funcționare continuă, amestecul este adesea distilat imediat, dar acest lucru este posibil datorită dimensiunilor gigantice și a caracteristicilor de proiectare. De exemplu, standardul este o țeavă de 80 de metri înălțime și 6 metri în diametru, în care sunt instalate de multe ori mai multe elemente de contact decât pe coloanele de rectificare pentru o casă.

Mărimea contează. Posibilitățile distileriilor în ceea ce privește curățarea cuburilor sunt mai mari decât în \u200b\u200bcazul rectificării la domiciliu

După pornire, lichidul din cub este adus la fierbere de către încălzitor. Aburul format se ridică în sus pe coloană, apoi intră în condensatorul de reflux, unde se condensează (apare refluxul) și revine de-a lungul pereților conductei sub formă lichidă în partea inferioară a coloanei, la întoarcere, contactând aburul care se ridică pe tăvi sau ambalare. Sub acțiunea încălzitorului, refluxul devine din nou vapori, iar vaporii din partea de sus sunt din nou condensați de condensatorul de reflux. Procesul devine ciclic, ambele fluxuri sunt în contact continuu unul cu celălalt.

După stabilizare (aburul și refluxul sunt suficiente pentru o stare de echilibru), în partea superioară a coloanei, se acumulează fracțiuni pure (separate) cu cel mai scăzut punct de fierbere (alcool metilic, acetaldehidă, eteri, etanol), în partea de jos - de la cel mai înalt (uleiuri fusel). Pe măsură ce eșantionarea continuă, fundurile se ridică treptat în coloană.

În majoritatea cazurilor, o coloană în care temperatura nu se schimbă timp de 10 minute ( timpul total încălzire - 20-60 minute). Până în acest moment, dispozitivul funcționează „pentru sine”, creând fluxuri de abur și reflux, care tind să se echilibreze. După stabilizare, începe selecția fracției de cap care conține substanțe nocive: eteri, aldehide și alcool metilic.

Coloana de distilare nu elimină necesitatea separării randamentului în fracții. La fel ca în cazul lunii lunare convenționale, trebuie să colectați „capul”, „corpul” și „coada”. Singura diferență este curățenia ieșirii. În timpul rectificării, fracțiunile nu sunt „pătate” - substanțe cu aproape, dar cel puțin o zecime de grad, diferite puncte de fierbere nu se intersectează, prin urmare, atunci când este selectat „corpul”, se obține alcool aproape pur. În timpul distilării convenționale, este fizic imposibil să împărțiți randamentul în fracțiuni constând dintr-o singură substanță, indiferent de modelul utilizat.

Dacă coloana este adusă la modul optim de funcționare, atunci nu există dificultăți în selectarea „corpului”, deoarece temperatura este stabilă tot timpul.

Fracțiile inferioare („cozile”) din timpul rectificării sunt selectate în funcție de temperatură sau miros, dar spre deosebire de distilare, aceste substanțe nu conțin alcool.

Revenirea proprietăților organoleptice la alcool. Adesea, „cozile” sunt necesare pentru a readuce „sufletul” la alcoolul rectificat - aroma și gustul materiei prime, de exemplu, măr sau struguri. După finalizarea procesului, o anumită cantitate din fracțiile de coadă colectate se adaugă alcoolului pur. Concentrația este calculată empiric prin experimentarea cu o cantitate mică de produs.

Avantajul rectificării este capacitatea de a extrage aproape tot alcoolul conținut în lichid fără a-și pierde calitatea. Aceasta înseamnă că „capetele” și „cozile” obținute pe lumina lunii încă pot fi procesate pe coloana de rectificare și pot obține alcool etilic sigur pentru sănătate.

Inundarea coloanei de distilare

Fiecare proiect are o viteză limitată a aburului, după care fluxul de reflux din cub încetinește mai întâi și apoi se oprește cu totul. Lichidul se acumulează în partea de distilare a coloanei și are loc „inundarea” - încheierea procesului de transfer de căldură și masă. În interior există o scădere bruscă a presiunii, apar zgomote străine sau gâlgâituri.

Motivele inundării coloanei de distilare:

depășirea puterii de încălzire admisibile (apare cel mai adesea);
înfundarea fundului dispozitivului și revărsarea cubului;
presiune atmosferică foarte scăzută (tipică pentru zonele înalte);
tensiunea în rețea este mai mare de 220V - ca urmare, puterea elementelor de încălzire crește;
erori de proiectare și defecțiuni.

Principiul procesului de rectificare.

Dispozitivul coloanelor de rectificare.

Cauzele deteriorării coloanelor de rectificare și măsurile de prevenire a acestora.

Pericol de incendiu al instalațiilor de rectificare. Măsuri de prevenire a incendiilor.

Întrebarea 1. Principiul rectificării

Procesele de distilare a soluțiilor, cu alte cuvinte, separarea soluțiilor în componentele lor constitutive, sunt foarte frecvente în tehnologia modernă.

De exemplu, separarea hidrocarburilor naturale din petrol pentru a obține combustibili pentru motor și uleiuri lubrifiante.

Separarea gazelor individuale de amestecurile lor are loc prin lichefierea lor preliminară, urmată de distilarea amestecului lichid.

Marea majoritate a lichidelor inflamabile și a lichidelor combustibile (alcool, acetonă, acid acetic, benzen și omologii săi, benzină, kerosen și multe alte produse) se obțin, de asemenea, prin procese de distilare.

Distingeți între distilare simplă și rectificare.

Distilarea simplă este procesul de evaporare parțială a unei soluții și condensarea completă a vaporilor rezultați.

Rectificarea este procesul de separare a amestecurilor lichide omogene în componentele lor constituente ca rezultat al interacțiunii multiple de contracurent a vaporilor cu lichidul.

Conform conform primei legi a lui Konovalov, aburul este îmbogățit de component, adăugarea acestuia la lichid crește presiunea de vapori deasupra acestuia sau scade punctul de fierbere.

Amestecurile ideale respectă legea lui Raoult, conform căreia presiunea parțială a unui component dintr-un sistem este egală cu presiunea de vapori a unui component pur înmulțită cu fracția sa molară în soluție:P părți \u003d P cuplu M

Și conform legii lui Dalton, presiunea parțială a unui component dintr-un amestec de gaze este egală cu presiunea totală înmulțită cu fracția molară a acestui component din amestec:P părți \u003d P total M

Procesul de rectificare poate fi reprezentat schematic după cum urmează.

Unde m 1 , m 2 , m 3 - cantitatea de amestec primită pentru rectificare, distilatul rezultat și reziduul rămas;

X 1 , X 2 , X 3 - conținutul (fracția molară) a componentei volatile din acestea, respectiv.

Întrebarea 2. Dispozitivul instalațiilor de rectificare

Deci, rectificarea este procesul de separare a amestecurilor omogene lichide în componentele lor constitutive ca rezultat al interacțiunii multiple de contracurent a vaporilor cu lichidul.

Procesele de rectificare se desfășoară în unități de rectificare.

Coloanele de distilare sunt clasificate:

de proiectare: în formă de disc; bătătorit.

în funcție de presiunea de lucru: lucrează sub vid; funcționând la presiunea atmosferică; muncind sub presiune.

Plăcile disting : supapă; jet de cerneală; perforat; capace.

Să aruncăm o privire la modul în care se desfășoară procesul de rectificare.

În mijlocul coloanei se furnizează materia primă care trebuie rectificată încălzit la o anumită temperatură.

Materia primă poate fi alimentată în coloană sub formă de lichid, vapori sau un amestec de vapori și lichid.

Când materia primă intră în coloană, are loc un proces de evaporare rapidă, ca urmare a căruia se formează vapori și lichide dintr-o anumită compoziție, care sunt în echilibru.

Pentru a asigura rectificarea, este necesar să partea superioară a coloanei spre vapori pentru a organiza fluxul de lichid (flegmă, irigație). Pentru aceasta, căldura este îndepărtată din partea superioară a coloanei într-un fel sau altul (căldură din condensatorul parțial). Din această cauză, o parte din vaporii care se ridică din tava superioară se condensează, formând fluxul necesar de lichid descendent.

Număr de reflux - raportul dintre cantitatea de distilat (reflux) returnată coloanei și cantitatea de distilat îndepărtată sub forma unui produs.

Diagrama schematică a coloanei de rectificare este prezentată în figură.

Primirea materiilor prime

Aportul de flegmă

Ieșirea vaporilor către condensatorul de reflux

cazan

Ieșirea reziduurilor de distilare

În partea de jos a coloanei, trebuie prevăzut un flux de vapori în sus. Pentru aceasta, căldura este furnizată în partea de jos a coloanei într-un fel sau altul (căldura cazanului) .În acest caz, o parte din lichidul care curge în jos din tava inferioară se evaporă, formând un flux de vapori.

În acest mod: cea mai scăzută temperatură va fi în partea de sus a coloanei și cea mai mare în partea de jos a coloanei.

Produsul preluat din partea de sus a coloanei, îmbogățit într-o componentă cu fierbere scăzută, se numește rectificat (sau distilat). Și în partea de jos a coloanei, se numește produsul retras îmbogățit cu o componentă cu fierbere ridicată produs rezidual sau inferior (de jos).

Se numește partea coloanei în care sunt introduse materiile prime secțiunea de putere sau spațiul de evaporare. Partea coloanei de distilare situată deasupra intrării de alimentare - superior, concentrare sau întărire, și sub aportul de materii prime - jos, îndepărtat sau exhaustiv .

Același proces de rectificare are loc în ambele părți ale coloanei.

Această figură prezintă o diagramă simplă (Eu) și complex (Ii) coloane:

și - complet; b- întărire; în - distilare; r - cu selectarea produselor suplimentare din partea de sus și de jos a coloanei principale; d - odată cu retragerea produsului suplimentar din partea superioară a coloanei de dezizolare.

Introducere

izolarea la reflux termic de rectificare

Rectificarea este cunoscută încă de la începutul secolului al XX-lea ca fiind una dintre cele mai importante procese tehnologice în principal industriile de alcool și petrol. În prezent, rectificarea este din ce în ce mai utilizată în diverse domenii ale tehnologiei chimice, unde izolarea componentelor într-o formă pură este foarte importantă (în producția de sinteză organică, izotopi, polimeri, semiconductori și alte substanțe de înaltă puritate). Astfel, procesul de rectificare permite rezolvarea uneia dintre sarcinile principale ale tehnologiei chimice - izolarea produselor țintă de puritatea necesară.

Rectificarea este un proces de separare a amestecurilor lichide, care se reduce la procese simultane și repetate repetate de evaporare parțială și condensare a amestecului care trebuie separat pe suprafața de contact a fazei. Coloanele de distilare sunt proiectate pentru procesele de transfer de masă în chimie, industria petrochimică... Coloanele sunt fabricate cu diferite tipuri de tăvi în funcție de diametru.

Impreuna cu cerințe generale (intensitate mare pe unitate de volum a aparatului, costul acestuia etc.) o serie de cerințe pot fi determinate de specificul producției: un interval mare de funcționare stabilă cu schimbarea sarcinilor, capacitatea tăvii de a lucra într-un mediu cu lichide contaminate, protecție împotriva coroziunii etc. Adesea aceste calități devin predominante, determinând adecvarea proiectului pentru utilizare în fiecare proces specific.

Calculul coloanei de rectificare se reduce la determinarea dimensiunilor geometrice de bază ale diametrului și înălțimii. Ambii parametri sunt determinați în mare parte de încărcăturile de vapori și lichide, de tipul tăvii și de proprietățile fazelor de interacțiune.

Bazele teoretice ale procesului de rectificare

Rectificarea este un proces de schimb de masă de separare a unui amestec omogen de componente volatile, efectuat prin interacțiunea multiplă contracurentă a vaporilor formați în timpul distilării cu un lichid format în timpul condensării acestor vapori. Separarea amestecului lichid se bazează pe volatilitatea diferită a substanțelor. În timpul rectificării, amestecul inițial este împărțit în două părți: distilatul este un amestec îmbogățit cu un component cu fierbere redusă (HC), iar un reziduu de fund este un amestec îmbogățit cu un component cu fierbere ridicată (VC). Procesul de rectificare se desfășoară într-o unitate de rectificare. Aparatul principal este o coloană de distilare, în care vaporii lichidului care urmează să fie distilat se ridică din partea de jos, iar lichidul curge spre vapori, furnizați sub formă de reflux în partea superioară a aparatului. Procesul de rectificare poate avea loc la presiune atmosferică, precum și la presiuni deasupra și sub atmosferică. Sub vid, rectificarea se efectuează atunci când amestecurile lichide cu fierbere ridicată sunt supuse separării. Creșterea presiunii este utilizată pentru a separa amestecurile în stare gazoasă la o presiune mai mică. Presiunea atmosferică este utilizată atunci când se separă un amestec de lichide în componentele sale, iar puritatea distilatului și a fondurilor statice obținute depinde de cât de dezvoltată este suprafața de contact a fazelor, de cantitatea de reflux furnizată refluxului și de dispozitivul coloanei de distilare.

Procesul de rectificare este utilizat pentru a separa lichidele care diferă în punctele de fierbere, datorită contactului multiplu de contracurent al vaporilor și lichidelor. Pentru a crea un contact strâns între vapori și lichid, coloanele de rectificare sunt echipate cu dispozitive speciale - tăvi de ambalare sau rectificare.

Coloanele ambalate sunt utilizate în producția la scară mică și sunt utilizate în cazurile în care este necesară o scădere de presiune scăzută. Pentru a umple coloanele ambalate, inele Raschig din diverse materiale, Inele Pahl, închiriate din elemente ale unui profil în formă de șa (șeile Intallox și Berl).

Coloanele tăvii sunt utilizate pe scară largă în rafinării. Tăvile se disting în funcție de metoda de transfer a lichidului dintr-o tavă în tavă (defecțiune și cu dispozitive speciale de deversare), în funcție de natura mișcării fazelor de pe tavă (clocotire și jet), în funcție de proiectarea dispozitivelor pentru introducerea aburului într-un lichid (contact, capac, supapă etc.). Masa 5.7 prezintă informații despre principalele tipuri de tăvi utilizate în industria de rafinare chimică și petrolieră.

Calculul tehnologic al coloanei de rectificare constă din următoarele operațiuni: 1) pregătirea bilanțului material; 2) determinarea presiunii în coloană; 3) calcularea regimului de temperatură (temperatura intrării materiei prime, partea superioară și inferioară a coloanei, selectarea descărcărilor laterale în coloane complexe); 4) determinarea raportului de reflux (frecvența irigării), adică raportul dintre cantitatea de reflux alimentată în partea de sus a coloanei și cantitatea de distilat; 5) întocmirea unui bilanț termic; 6) definiția internului fluxurile de materiale; 7) calcularea numărului de plăci teoretice; 8) determinarea numărului de plăci reale (valide).

Pentru fluxul continuu al procesului de rectificare, este necesar ca amestecul care intră în separare să fie în contact cu contracurentul de abur cu o concentrație mai mare a componentei nevolatile (fierbere ridicată) decât în \u200b\u200bamestec. Prin urmare, în instalațiile de rectificare continuă (Fig. 1), coloanele sunt formate din două părți: inferioară (exhaustivă) și superioară (întărire). În partea exhaustivă a coloanei, o componentă foarte volatilă este îndepărtată din lichidul care curge în jos, iar în partea superioară, vaporii în creștere sunt îmbogățiți cu o componentă foarte volatilă.

Diagrama schematică a instalației de rectificare este prezentată în Figura 1:

Figura 1. - Diagrama schematică a instalației de rectificare:

1 - recipient pentru amestecul inițial; 2.9 - pompe; 3 - schimbător de căldură-încălzitor; 4 - un cazan; 5 - coloană de rectificare; 6 - condensator de reflux; 7 - frigider distilat; 8 - recipient pentru colectarea distilatului; 10 - răcitor de lichid cuva; 11 - recipient pentru lichid cuva.

Amestecul inițial din rezervorul intermediar 1 pompa centrifuga 2 alimentat la schimbătorul de căldură 3 unde este încălzit până la punctul de fierbere. Amestecul încălzit intră în separare în coloana de distilare 5, unde compoziția lichidului este egală cu compoziția amestecului inițial.

Curge în jos pe coloană, lichidul interacționează cu vaporii crescători formați în timpul fierberii lichidului de jos din cazan 4. Compoziția inițială a aburului este aproximativ egală cu compoziția reziduului de distilare X W , acestea. are o componentă extrem de volatilă. Ca urmare a transferului de masă cu lichid, vaporii sunt îmbogățiți cu o componentă foarte volatilă. Pentru o îmbogățire mai completă, partea superioară a coloanei este refluxată în conformitate cu un raport de reflux dat cu lichid (reflux) , obținut într-un condensator de reflux 6 prin condensarea aburului care iese din coloană. O parte din condens este îndepărtată din condensatorul de reflux sub forma unui produs finit de separare - distilat, care este răcit în schimbătorul de căldură 7 și trimis într-un rezervor intermediar 8. Din partea de jos a coloanei printr-o pompă 9 lichidul de jos este îndepărtat continuu - un produs îmbogățit cu o componentă nevolatilă, care este răcit într-un schimbător de căldură 10 și merge la containerul 11.

Astfel, în coloana de rectificare se desfășoară un proces continuu neechilibru de separare a amestecului inițial într-un distilat (cu un conținut ridicat de component volatil) și un reziduu de fund (îmbogățit într-un component nevolatil).

Rectificarea este cunoscută de la începutul secolului al XIX-lea ca fiind unul dintre cele mai importante procese tehnologice, în special în industria alcoolului și a petrolului. În prezent, rectificarea este din ce în ce mai utilizată în diverse domenii ale tehnologiei chimice, unde izolarea componentelor într-o formă pură este foarte importantă (în producerea sintezei organice, izotopilor, polimerilor, semiconductoarelor și a altor substanțe de înaltă puritate).

Ar putea fi util să citiți: