Instalație de Rectificare a unui Amestec Azeotrop Etanol - Apă

Să se proiecteze o instalaţie de rectificare a amestecului azeotrop etanol apă cu concentraţia iniţială în etanol de 17% (procente volumice) pentru obţinerea unui distilat cu o concentraţie finală de 85% (procente volumice) substanţă uscată.

Se consideră instalaţia rectificare compusă din:

- fierbător sau blază

- coloană de rectificare cu talere cu clopote

- condensator sau deflegmator

- condensator – răcitor de distilat

- preîncălzitor materie primă

- vase de colectare pentru distilat şi reziduu

În instalaţie de rectificare se introduce amestecul binar etanol – apă cu un debit de alimentare de 200 m3 /h cu o concentraţie iniţială de 17% exprimată în fracţii volumice de 0,17 şi este introdusă în rectificator la temperatura de fierbere a amestecului:t =89,70C.

În preîncălzitor amestecul binar este preîncălzit de la 20C l a temperatura de fierbere a acestuia t=89,70C apoi soluţia este introdusă în rectificator pe talerul de alimentare distilatul ce rezultă din procesul de rectificare a acestui amestec are o concentraţie de 85%, exprimat în fracţii masice este 0,85 şi temperatura este de 79.55.

I.2. SCHEMA BLOC A INSTALAŢIEI

Notăm :

mF; mD; mW – debitele masice de alimentare, distilat si reziduu; kg/s

SCHEMA INSTALAŢIEI DE RECTIFICARE CONTINUĂ A AMESTECULUI

1 – pompa;

2 – rezervor alimentare;

3 – coloana rectificare;

4 – recuperator caldura;

5 – preincalzitor;

6 – blaz;

7 – condensator suprafata;

8 – racitor;

9 – vas de control;

10 – rezervor distilat;

11 – rezervor reziduu;

C – zona de concentrare;

E – zona de epuizare.

Fig. 1 Schema instalaţiei de rectificare continuă a amestecului azeotrop etanol-apă

Fig. 2 Dagrama de echilibru pentru amestecul binar alcool etilic - apă

II. FENOMENOLOGIE ŞI APARATURĂ

II.1. Rectificarea continuă a amestecurilor binare

Rectificarea continuă este o succesiune de distilări şi condensări rezultate din schimbul de căldură şi de materie între vapori şi lichid (reflux), care circulă în contracurent prin coloana de rectificare. Rectificarea continuă este o operaţie în regim staţionar: amestecul care trebuie separat în componenţii săi, prin rectificare intră cu debit constant şi cu temperatură constantă în coloana de rectificare; cele două fracţiuni rezultate ies din coloană de asemenea cu debite şi temperaturi constante; în orice punct al coloanei de rectificare debitele, concentraţiile, temperaturile şi presiunile rămân constante după ce coloana a atins regimul de funcţionare normală.

O coloană de rectificare este astfel construită încât să realizeze un contact cât mai bun între cele două faze: vapori şi lichidul (refluxul) pentru ca schimbul de căldură şi de materie între faze să apropie fazele cât mai mult şi cât mai repede de starea de echilibru termodinamic.

Rectificarea continuă amestecurilor binare în coloane cu talere

Realizarea unor purităţi avansate ale celor două fracţiuni, distilat şi reziduu, este posibilă prin asigurarea unui număr mare de echilibre succesive, adică printr-o contactare în trepte sau diferenţială cu circulaţie în contracurent a fazelor lichid şi vapori, prin operaţia de rectificare. Contactarea se realizează în utilaje tip, numite coloane de rectificare (coloană cu talere sau coloane cu umplutură). Dacă operaţia se realizează într-o coloană cu talere, dimensionarea tehnologică a acesteia constă în determinarea numărului de trepte de contact (talere) necesare realizării unei separări impuse.

Elementele principale ale coloanelor de rectificare cu talere sunt:

a) Fierbător (sau blază)

b) Coloana propiu – zisă, cu talere

c) Condensatorul

d) Răcitorul de distilat

Amestecuri azeotropice pozitive sau amestecuri cu punct minim de fierbere , avân coeficienţii de activitate mai mari decât 1 (logaritmii coeficienţilor de activitate au valori pozitive).amestecul etanol – apă este un amestec azeotropic pozitiv

Amestecul care trebuie separat este introdus pe un anumit taler al coloanei, curge din taler în taler pierzând treptat component volatil şi parţia (restul) evacuat ca fracţiune grea (reziduu); vaporii rezultaţi din fierbător servesc pentru vaporizarea componenţilor volatili din lichidul (refluxul) care curge în contracurent. În trecerea lor prin coloană, compoziţia vaporilor variază de la compoziţia corespunzătoare fracţiunii grele până la compoziţia fracţiunii uşoare. Vaporii sunt condensaţi total (dar fără răcire) în