Dimensionarea operației de rectificare a unui amestec binar etanol-apă

I.Distilarea și rectificarea

1.Introducere

Prin distilare se înțelege,totalitatea modalităților de separare a componentelor unui amestec lichid omogen bazate pe diferența dintre temperaturile de fierbere ale componenților, temperaturi cărora le corespund și presiuni de vapori diferite.

Distilarea se realizează industrial într-o mare varietate de moduri de operare:

-distilarea simplă;

-distilare fracționată;

-antrenare cu vapori;

-rectificare;

-distilare azeotropă;

-distilare moleculară.

Prin distilare simplă se lucrează în industria băuturilor,în timp ce rectificarea și fracționarea se aplică în industria spirtului.

În procesul de distilare și rectificare,separarea și condițiile separării depind de relațiile dintre faza lichidă și faza de vapori a sistemului caracterizat prin echilibrul lichid-vapori.

Distilarea azeotropă este una dintre operațiile frecvent întâlnite în industria fermentativă. De fapt,rectificarea este o distilare azeotropă care face posibil,în condiții economice,unele separări care,prin distilare obișnuită,sunt imposibil de realizat.

Principiul distilării azeotrope este mărirea volatilității relative a componentelor care trebuie separate prin adăugarea unei substanțe lichide adecvate în coloana de rectificare (antrenant).Antrenantul se elimină din coloana ca amestec în una din fracțiunile de distilare și apoi este recuperat pentru a fi din nou utilizat.

2.Distilarea și rectificarea

Distilarea și rectificarea își găsesc aplicații în industria fermentativă pentru obținerea de băuturi alcoolice naturale tari și a spirtului.În realizarea acestui proiect,am pornit de la tehnologia fabricării alcoolului din tescovină.

Prin distilare se înțelege,în sens larg,totalitatea modalităților de separare a componentelor unui amestec lichid omogen bazate pe diferența dintre temperaturile de fierbere ale constituienților,temperaturi cărora le corespund și presiuni de vapori diferite.La temperatura de fierbere a amestecului,componentele mai volatile vor avea presiuni de vapori mai mari, deci se vor găsi în faza de vapori în concentrații mai mari decât în faza din care au provenit.

Vaporii astfel îmbogățiți,prin condensare formează distilatul,iar lichidul,condiționând componentele greu volatile-reziduul.

Distilarea este o operație dublă,de fierbere parțială a amestecului și de condensare a vaporilor formați.

În scopul atingerii unor separări mai avansate,succesiunea fierbere-condensare se repetă în utilaje de contactare în trepte sau diferențială,relizându-se astfel operația de rectificare.

Produsele supuse operațiilor de distilare,rectificare și fracționare din industria fermentativă sunt amestecuri cu mai multe componente,componentele de calcul fiind alcoolul etilic și apa.Atât alcoolul etilic cu apa,cât și alte componente cu apă,dau amestecuri homoazeotrope și heteroazeotrope.Datorită acestei caracteristici,prin metodele obișnuite de distilare,rectificare și fracționare,în industria spirtului nu se poate obține alcoolul etilic absolut,ci un amestec cu concentrația maximă a amestecului azeotrop (95,57% alcool).Pentru obținerea unei concentrații mai mari,sau a alcoolului absolut,trebuie să se aplice metode speciale (distilare azeotropă cu amestec ternar:benzen-alcool etilic-apa sau eliminarea apei sub substanțe higroscopice).

Rectificarea continuă este o succesiune de distilări și condensări rezultate din schimbul de căldură și de masă între vapori și refluxul lichid,care circulă în contracurent prin coloana de rectificare.Rectificarea continuă este o operație în regim staționar;amestecul care trebuie separat în componenții săi prin rectificare intră cu debit constant și cu temperatură constantă în coloana de rectificare;cele două fracțiuni rezultate ies din coloană de asemenea cu debite și temperaturi constante;în orice punct al coloanei de rectificare,debitele,concentrațiile, temperatura și presiunea rămân constante după ce coloana a intrat în regim normal de funcționare.

O coloană este astfel construită,încât să realizeze un contact cât mai bun între cele două faze:vaporii și reflux (lichidul),pentru ca schimbul de căldură și de masă între faze să apropie fazele cât mai mult de starea de echilibru termodinamic.