Fracționarea unui amestec metanol - apă

Fractionarea

Fractionarea ca proces industrial de separare datează de la jumătatea secolului al XIX- lea, fiind în prezent cea mai răspândită metodă de separare din industria chimică. Datorită numărului foarte mare de aplicatii pe plan mondial, este unul dintre consumatorii cei mai importanti de energie termică.

Functionarea coloanei de fractionare tipice poate fi urmărită pe figura următoare:

Fig.1.1 Coloana de fractionare continuă cu sectiuni de rectificare şi stripare

Coloana este constituită dintr-o structură cilindrică împărtită în sectiuni printr-o serie de plăci perforate care permit trecerea fluxului ascendent de vapori. Refluxul de lichid curge pe fiecare placă, peste un baraj şi în jos pe un deversor la placa de mai jos. Vaporii ce se ridică de la placa din vârf trec la un condensator și apoi printr-un acumulator sau printr-un tambur de reflux si un separator de reflux, unde o parte este retrasă ca produsul mai volatil D, iar restul este returnat la placa din vârf ca reflux.

Lichidul din baza coloanei este frecvent încălzit, fie prin condensare cu abur sau de un flux de ulei fierbinte, iar vaporii se înalta prin perforatii spre placa de la baza. Un aranjament mai frecvent utilizat cu un reboiler este prezentat în figura 1.1 unde lichidul trece in reboiler unde acesta se revarsă peste tuburi și obstacole și iese ca reziduu prin intermediu unui răcitor de la bază care încălzește alimentarea ce sosește. Vaporii generati de reboiler sunt returnati la partea de jos a coloanei cu o compozitie Ys, și intra în tava de la bază unde sunt partial condensati și apoi vaporizati pentru a da vapori de compozitie Y1. Această operatiune de condensare partială a vaporilor de creștere si vaporizarea partială a lichidului de reflux se repetă pe fiecare taler. Vaporii de compozitie Yt de pe talerul superior sunt condensati pentru a conferi produsului D și refluxului R, aceeași compozitie Yt. Fluxul de alimentare este introdus pe un taler intermediar unde lichidul are aproximativ aceeași compozitie ca și alimentarea. Partea de coloană de deasupra punctului de alimentare este cunoscută sub numele de sectiune de rectificare şi partea de jos este cunoscută sub numele de sectiune de stripare. Vaporii ce se înaltă de pe un taler ideal vor fi în echilibru cu lichidul ce părăsește talerul, deșii în practică va avea loc un grad mai mic de îmbogătire.

În analiza operatiunii pe fiecare taler, este important să retinem că vaporii ce se înaltă spre taler şi refluxul ce curge de pe talerul respectiv, nu sunt în echilibru, și ratele adecvate de masă și de transfer de căldura sunt necesare pentru buna functionare a talerului.

Coloanele de fractionare din laborator se realizează în două variante:

→ Coloane cu talere

→ Coloane cu umplutură.

Fig. 1.2 Sectiune din coloana de laborator ce reprezintă un taler cu clopotei

Coloanele cu talere realizează treptele de fractionare cu ajutorul unor amenajări interioare sub forma de plăci perforate; pe aceste plăci, numite talere, se mentine un nivel de lichid, barbotează vaporii asigurându-se un timp de contact între cele două faze cât mai lung și ca urmare, o apropiere cât mai mare de echilibrul termodinamic.