Rektyfikacja polega na przeciwprądowym zetknięciu się cieczy i par z jednoczesną wymianą masy i ciepła. W trakcie procesu podczas kontaktu unoszących się par ze spływającą cieczą z par wykropleniu ulega mieszanina zubożona o składnik lotny z cieczy zaś odparowuje mieszanina wzbogacona o składnik lotny. Do realizacji tej operacji jednostkowej służą kolumny rektyfikacyjne, której budowy postanowiliśmy się podjąć.

Zdecydowaliśmy zbudować kolumnę rektyfikacyjną wypełnioną sprężynkami pryzmatycznymi ze stali nierdzewnej. Wybraliśmy je ponieważ mają one najmniejszą wysokość półki teoretycznej.

 

Na wysokości wypełnienia zamontowaliśmy wizjer (wziernik) przez który można obserwować pracę wypełnienia oraz moment zalania kolumny. Oprócz samej kolumny do jej pracy potrzebny jest kocioł z grzałką, w którym surówka jest podgrzewana do temperatury wrzenia. Dwustopniowa grzałka pozwala szybciej ogrzać mieszaninę oraz pozwala zapobiegać przegrzaniu surówki. Do chłodzenia wykorzystaliśmy przeciwprądową wężownicę miedzianą. Z powodu braku dostępu do bieżącej wody zastosowaliśmy 120 litrowy zbiornik wyrównawczy i radiatory. Sprawdziliśmy poprawność zamontowania wszystkich elementów oraz działanie zaworów. Ponieważ kolumna jest otwarta możemy dowolnie zmieniać parametry pracy kolumny. Dzięki zastosowaniu złącz SMS, mieliśmy możliwość szybkiego i prostego demontażu kolejnych części kolumny.

Aby zautomatyzować proces rektyfikacji półciągłej dobraliśmy czujniki temperatury, które połączone zostały  w pętli prądowej z modułem Ardruino, prostego i uniwersalnego w obsłudze.


Zasada działania:
Surówkę podgrzewamy w kotle za pomocą grzałki, tak aby doprowadzić mieszaninę do temperatury wrzenia. Nad kotłem umieszczona jest kolumna, na której zachodzi proces wymiany ciepła i masy. Składnik bardziej lotny ma niższą temperaturę wrzenia. Na kolejnych warstwach wypełnienia zachodzi proces rektyfikacji dzięki czemu finalnie otrzymujemy prawie czysty składnik bardziej lotny. Wypełnienie stalowe kwasoodporne umieszczone w kolumnie rektyfikacyjnej,zwiększa powierzchnię wymiany ciepła pomiędzy parami i skroplinami przechodzącymi przez nie. Pary ulegają wychłodzeniu na rozwiniętej powierzchni wypełnienia i mieszają się ze skroplinami spływającymi w dół. Dzięki temu związki różniące się temperaturą wrzenia rozdzielają się bardziej efektywnie przyczyniając się do wzrostu mocy i czystości destylatu. W praktyce zastosowanie 120cm wypełnienia pryzmatycznego w kolumnie pozwala na uzyskanie czystego 95-96% rektyfikatu. Pary produktu są skraplane w chłodnicy i częściowo zawracane do kolumny, w celu nawilżenia wypełnienia. Sterownik temperatury ustawia odpowiednią moc grzałki, aby ciecz w kotle nie uległa przegrzaniu. Regulator temperatury PID Termopara J SSR służy do dokładnej regulacji bez zadania histerezy (odchyłki). Regulacja odbywa się poprzez impulsowe załączanie elementu grzejnego (lub chłodzącego). Zestaw posiada możliwość doboru własnych nastaw parametrów. Zamontowany czujnik poziomu cieczy pozwala na automatyczne zamknięcie zaworu, gdy otrzymamy zakładaną objętość frakcji bardziej lotnej.
 

Zbudowana aparatura jest w pełni profesjonalną instalacją rektyfikacyjną i może zostać wykorzystana do badań naukowych traktujących o rozdzielaniu różnorodnych mieszanin. Planujemy wykonać dokładne badania wykorzystując zbudowaną aparaturę, oraz opublikować wyniki w czasopismach branżowych.

Projekt, modelowanie, budowa oraz testy aparatury chemicznej i przemysłowej to nieodłączna część zawodu Inżyniera Procesowego. Mogliśmy sprawdzić swoją wiedzę, rozwinąć umiejętności oraz zgłębić temat rektyfikacji i urządzeń służących do jej realizacji.