Перегонка и ректификация Перегонка и ректификация являются

Перегонка и ректификация

Перегонка и ректификация являются одними из наиболее распространенных методов выделения из сточных вод растворенных органических жидкостей.

Простая перегонка Простую перегонку проводят в установке периодического или непрерывного действия путем постепенного испарения сточной воды, находящейся в перегонном кубе. Образующиеся пары конденсируются в конденсаторе-холодильнике, и дистиллят поступает в сборник. Применяют ее для очистки сточных вод от примесей, температура кипения которых значительно ниже температуры кипения воды (ацетон, метиловый спирт и т. п. ). Для более полного разделения смесей и получения концентрированного дистиллята перегонку проводят с дефлегмацией. Над перегонным кубом устанавливают трубчатый или змеевиковый дефлегматор, в котором пары более высококипящей воды, частично конденсируются, и она в виде флегмы сливается в куб, а пары, обогащенные низкокипящим компонентом, направляются в холодильник-конденсатор.

1 - куб, имеющий змеевик для нагревания и кипячения 2 - теплообменник-конденсатор 3 - сборник

Азеотропная отгонка Когда, органические вещества в смеси с водой образуют нераздельно кипящую (азеотропную) смесь, может 6 ыть использована азеотропная отгонка. Чаще всего азеотропы характеризуются минимальной температурой кипения, поэтому их отгонка проходит при температуре, ниже температуры кипения воды при данном давлении. Многие азеотропные смеси при конденсации расслаиваются, при этом сырой органический компонент может быть легко отделен от водного насыщенного раствора.

Отгонка азеотропной смеси осуществляется в отгонной насадочной колонне, в нижнюю часть которой подается водяной пар. В отстойнике-сепараторе конденсат органического вещества отделяется от конденсата пара. Последний смешивается с исходной водой и вновь направляется на отгонку.

Перегонка в присутствии водяного пара Для очистки сточных вод довольно часто применяют перегонку в присутствии водяного пара или другого инертного носителя. Отличие ее от простой перегонки заключается во введении острого пара непосредственно в сточную воду, что упрощает конструкции перегонных аппаратов, снижает расход тепла на перегонку. Для отгонки из воды примесей могут быть использованы инертные носители, например, газы; воздух, азот, диоксид углерода, углеводородный газы и др.

Ректификация — способ дистилляции, при котором часть жидкого конденсата (флегма) постоянно возвращается в куб, двигаясь навстречу пару в контакте с ним. В результате этого примеси, содержащиеся в паре, частично переходят во флегму и возвращаются в куб, при этом чистота пара (и конденсата) повышается. Для очистки стопных вод от многих органических соединений можно использовать простую и азеотропную ректификации.

Простая ректификация Простую ректификацию проводят в ректификационных колоннах тарельчатого или насадочного типа. Сточная вода в жидкой фазе подается на верхней тарелку (или насадку) такой колонны, с которой отводятся пары, являющиеся конечным продуктом (органические примеси воды — бензол, хлорбензол, бутилацетат и др. ). Сточная вода с нижней тарелки колонны поступает в парциальный кипятильник, а котором за счет подачи тепла подвергается частичному выкипанию, образуя поток паров, возвращающихся в колонну в качестве парового орошения. Остальная часть очищенной воды отводится в качестве конечного продукта.

Схема процесса ректификации 1–ректификационная колонна; 2–дефлегматор; 3–кипятильник.

Процесс ректификации осуществляют в ректификационной установке, включающей ректификационную колонну, дефлегматор, холодильник-конденсатор, подогреватель исходной смеси, сборники дистиллята и кубового остатка. Дефлегматор, холодильник-конденсатор и подогреватель представляют собой обычные теплообменники. Основным аппаратом установки является ректификационная колонна, в которой пары перегоняемой жидкости поднимаются снизу, а навстречу парам сверху стекает жидкость, подаваемая в верхнюю часть аппарата в виде флегмы. В большинстве случаев конечными продуктами являются дистиллят (сконденсированные в дефлегматоре пары легколетучего компонента, выходящие из верхней части колонны) и кубовый остаток (менее летучий компонент в жидком виде, вытекающий из нижней части колонны).

В промышленности применяют колпачковые, ситчатые, насадочные, пленочные трубчатые колонны и центробежные пленочные ректификаторы. Они различаются в основном конструкцией внутреннего устройства аппарата, назначение которого — обеспечение взаимодействия жидкости и пара. Это взаимодействие происходит при барботировании пара через слой жидкости на тарелках (колпачковых или ситчатых) либо при поверхностном контакте пара и жидкости на насадке или поверхности жидкости, стекающей тонкой пленкой.

Конструкции ректификационных колонн

Тарельчатые колпачковые колонны (рис. а) наиболее часто применяют в ректификационных установках. Ситчатые колонны (см. рис. б) применяют главным образом при ректификации спирта и жидкого воздуха. Допустимые нагрузки по жидкости и пару для них относительно невелики, и регулирование режима их работы затруднительно. Насадочные колонны получили широкое распространение в промышленности (см. рис. в). Они представляют собой цилиндрические аппараты, заполненные инертными материалами в виде кусков определенного размера или насадочными телами, имеющими форму, например, колец, шаров для увеличения поверхности фазового контакта и интенсификации перемешивания жидкой и паровой фаз. Трубчатые пленочные ректификационные колонны состоят из пучка вертикальных труб, по внутренней поверхности которых тонкой пленкой стекает жидкость, взаимодействуя с поднимающимся по трубам паром.

Азеотропная ректификация При азеотропной ректификации применяется разделяющий компонент, который образует с одним из компонентов сточной воды азеотроп (желательно гетеро) с минимальной температурой кипения. В результате отгоняется более летучая азеотропная смесь, а в кубовом остатке содержится практически чистый второй компонент (вода). Разделяемый азеотропный агент подается в колонну азеотропной ректификации сверху, откуда и удаляется азеотропная смесь, направляемая на расслаивание в сепаратор, из которого азеотропный агент вновь издается в колонну ректификации, извлеченный компонент после расслаивания в сепараторе направляется в отгонную колонну для очистки от растворенного в нем азеотропного агента.

Установка для азеотропной ректификации 1 -ректификац. колонна; 2 -регенерац. колонна; 3 -дефлегматор; 4 -разделит. сосуд; Р-разделяющий агент.

Пароциркуляционный метод (эвапорация, отгонка с водяным паром) заключается в ректификации сточных вод в отгонной (отпарной) колонне с использованием циркулирующего водяного пара и последующей отмывке (абсорбцией), регенерации циркулирующего пара с помощью щелочи или других реагентов. Пароциркуляционный метод применяется в основном для отгонки из сточных вод органических веществ, являющихся слабыми электролитами, при таких значениях р. Н, когда они находятся в молекулярном состоянии. Таким путем можно удалить крезолы, нафтолы, карбоновые кислоты. Эвапорация может проводиться как в периодических, так и непрерывно действующих дистилляционных колоннах. Такая колонка делится на две часта — эвапорационную, где происходит очистка сточных вод» и поглотительную, где идет регенерация пара. При движении через колонку, заполненную насадкой, навстречу острому пару сточная жидкость нагревается до 100 °С; находящиеся в ней летучие примеси частично переходят в паровую фазу и таким образом удаляются из раствора. Далее пар проходит через какой-либо нагретый также до температуры -100 °С поглотитель, в котором из пара удаляются захваченные им примеси (регенерация пара), освобожденный из них водяной пар снова направляется на очистку сточных вод. Процесс проходит только в кинетических условиях.

Эвапорационная установка При выпаривании растворов, содержащих летучие вещества, последние переходят в паровую фазу и удаляются из раствора вместе с паром. На этом основаны все процессы перегонки, нашедшие применение при очистке сточных вод от летучих с водяным паром органических веществ, в частности фенолов.