Базовые процессы ректификации
Предупреждение перед прочтением:
следует учитывать, что реальные процессы в колонне гораздо сложнее. Изложенная ниже информация дает только общее, хотя и наглядное представление о работе ректификационной колонны.
Процесс ректификации базируется на разной температуре кипения составляющих спирта-сырца.
Изменение температуры при ректификации спирта
Температура в дефлегматоре при корректно проводимой ректификации и наличии правильно сконструированной колонны изменяется классическим образом. Выделяют следующие основные этапы:
Н - Нагрев
С - Стабилизация
Г - Отбор головных фракций
СРг - Отбор спирта-ректификата со следами головной фракции
СРт - Отбор товарного спирта-ректификата
О - Отбор остатка (для переработки при следующей ректификации)
Стоит обратить внимание, что нет различия между температурами при отборе двух фракций СРг и СРт - это температурная полка СР. Но различие в составах этих спиртов есть (подробности). Окончание фракции СРг определяется оператором только по запаху, отбираемого в этот момент спирта.
Распределение фракций внутри колонны
Рассмотрим распределение фракций внутри колонны в двух точках U и Y.
На картинках каждая фракция это группа веществ с очень близкими температурами кипения при одном и том же давлении. Причем температуры кипения фракций, изображенных на картинках, возрастают от Ф1 к Ф6 (температура в колонне уменьшается по мере приближения к дефлегматору).
Точка U: К этому моменту стабилизация колонны завершилась. Температура в кубе соответствует температуре кипения 40%-ного раствора спирта-сырца ~84ºC. Фракция Ф1 в кубе уже закончилась. Эта фракция конденсируется в дефлегматоре и возвращается в колонну, а испаряется во фракциях Ф2 и Ф3. Т.е. "вращается" внутри колонны, или как говорят профессионалы - "зависла" в верхней части колонны.
Фракция Ф2 ещё генерируется кубом, но не возвращается в него, а накапливается в колонне, испаряясь во фракциях Ф3 и Ф4, и конденсируясь в нижней зоне фракции Ф1.
Фракцию Ф3 условно назовем спиртовой. Она интенсивно генерируется кубом и конденсируется в верхних фракциях
Фракции Ф4 и Ф5 назовем хвостами, а Ф6, водой, которые частично поднимаются в колонну и возвращаются обратно в куб.
Отметим, что концентрация любой фракции возрастает к вершине её петли.
Если в данный момент (точка U) мы начнем отбор из дефлегматора, то это будет фракция Ф1, которая через какое-то время закончится, а её место в отборе займёт фракция Ф2, и так далее по мере отбора всех "легких" фракций. Затем наступит очередь Ф3 - спирта.
Т.е. колонна "вышла" на спиртовую полку, на которой температура будет неизменной, а мы будем получать спирт.
Точка Y: К концу спиртовой полки в ректификационной колонне складывается иное распределение фракций.
Это момент когда:
-
темп генерации спирта из куба сравнивается с темпом его отбора из дефлегматора. Более того, эта спиртовая фракция уже не возвращается в куб, а испаряется в хвостовых фракциях колонны и в воде (Ф6).
-
колонна, как говорят специалисты, "срывается" со спиртовой полки.
Конечно колонну можно "вернуть" на спиртовую полку понизив отбор, но это не рентабельно, поскольку возрастут удельные затраты энергии, воды и времени на получение каждого капли спирта. Более разумно с этого момента получаемый дистиллят назвать "остатком", и извлечь из него спирт при следующей ректификации новой порции спирта-сырца.