Ректификат — продукт ректификации¶
Ректификат — это продукт ректификации, то есть многократной перегонки (фракционной перегонки) сложной смеси жидкостей, получаемый в верхней части ректификационной колонны. Ректификат представляет собой очищенный, обогащённый по одному из компонентов продукт, характеризующийся более узким диапазоном температур кипения и более высокой степенью чистоты по сравнению с исходной смесью (перегоняемым сырьём).
¶Принцип получения
Ректификация основана на многократном испарении и конденсации компонентов смеси в ректификационной колонне. В колонне одновременно поддерживается градиент температуры: в нижней части (в зоне кипения) температура выше, в верхней (в зоне конденсации) — ниже. Более летучий (низкокипящий) компонент испаряется и поднимается вверх, постепенно концентрируясь. Процесс многократного испарения и конденсации называется рефлюксом, а отношение количества возвращаемой в колонну жидкости к отбираемому продукту — рефлюксным отношением.
Ректификат отбирают из верхней части колонны. Он содержит преимущественно наиболее летучий компонент исходной смеси. В нижней части колонны накапливается остаток (или кубовый остаток), обогащённый менее летучим компонентом.
¶Основные характеристики
Ключевые параметры, определяющие качество ректификата:
- Степень чистоты — массовая или мольная доля основного компонента в ректификате. В промышленной ректификации ректификат может содержать 99 % и более основного компонента.
- Рефлюксное отношение — чем оно выше, тем выше степень разделения и чистота ректификата, однако тем больше энергозатраты на нагрев и конденсацию.
- Число теоретических тарелок — конструктивная характеристика колонны, определяющая потенциальную глубину разделения.
- Давление в колонне — ректификацию проводят как при атмосферном, так и при пониженном (вакуумная ректификация) или повышенном давлении, в зависимости от свойств разделяемой смеси.
¶Классификация ректификатов
По назначению и области получения различают:
| Вид ректификата | Область получения | Характеристика |
|---|---|---|
| Спиртовой ректификат | Производство этилового спирта | Продукт ректификации спиртосодержащего сырья, крепость около 95,6 % об. (azeотропная смесь с водой) |
| Нефтяной ректикат | Нефтепереработка | Лёгкие фракции, получаемые при ректификации нефти в атмосферных и вакуумных колоннах |
| Химически чистый ректификат | Лабораторная и тонкая химия | Высокочистые растворители и реагенты (бензол, толуол, этанол и др.) |
| Криогенный ректификат | Разделение газов | Продукт ректификации воздуха (жидкий азот, кислород, аргон) |
¶Спиртовой ректификат
В производстве этилового спирта ректификат — основной товарный продукт. Сырьём служит бражка (сбраженная сахаросодержащая или крахмалосодержащая среда). Ректификация спирта-сырца проводится в колоннах с дефлегматорами и концентраторами. Из-за образования азеотропной смеси этанола и воды (95,6 % спирта по объёму) простой ректификацией абсолютный (безводный) спирт получить нельзя — для этого применяют азеотропную или мембранную дегидратацию.
¶Нефтяной ректификат
В нефтепереработке ректификация является основным способом первичного разделения нефти. Атмосферно-вакуумная установка (АВУ) разделяет нефть на фракции: бензиновую, керосиновую, дизельную и газойлевую. Каждая из этих фракций по сути является ректификатом соответствующей температурной зоны колонны. Термин «ректификат» в нефтепереработке используется реже, чем «дистиллят», однако принципиально продукты идентичны.
¶Криогенная ректификация
Разделение воздуха на азот (t кипения −195,8 °C) и кислород (t кипения −183 °C) осуществляется в высоких колоннах при температурах ниже −170 °C. Ректификат верхней части колонны — почти чистый азот, кубовый остаток — жидкий кислород. Аргон (9,3 % воздуха) выделяют в промежуточной боковой колонне.
¶Области применения
Ректификация и получение ректификата применяются в следующих отраслях:
- Нефтепереработка и нефтехимия — первичное разделение нефти, очистка мономеров, производство ароматических углеводородов.
- Химическая промышленность — получение высокочистых растворителей, разделение азотной кислоты и аммиака, ректификация в производстве синтетических спиртов.
- Пищевая промышленность — производство этилового спирта, эфирных масел, дробная конденсация в виноделии.
- Газовая промышленность — разделение природного газа, извлечение гелия, ректификация попутного нефтяного газа.
- Криогенная техника — производство технических газов (азот, кислород, аргон) из воздуха.
- Фармацевтика — очистка растворителей и получение высокочистых субстанций.
¶Терминология
В русскоязычной технической литературе термин «ректификат» употребляется наряду с «дистиллятом», однако строго говоря это разные понятия: дистиллят — продукт однократной перегонки без возврата рефлюкса, ректификат — продукт многократной перегонки с рефлюксом. В англоязычной литературе ректификат соответствует терминам rectified spirit (в контексте спиртового производства) или distillate (в более широком смысле).
¶Историческая справка
Ректификационные колонны в современном виде были разработаны в XIX веке. В 1813 году французский химик Жан-Батист Перри предложил насадочные колонны для ректификации спирта. В 1822 году ирландец Энеас Коссит запатентовал колонну с тарелками. В России промышленное внедрение ректификационных процессов в нефтепереработке связано с работами В. Г. Шухова и Б. П. Батищева (1904–1905 годы), предложивших конструкцию колонн для атмосферно-вакуумной перегонки нефти.
¶Источники
- «Большая советская энциклопедия», статья «Ректификация»
- Кирсанов В. Н. «Технология переработки нефти и газа»
- Патерсон У. А. «Разделение смесей методом ректификации»
- Фаер В. С. «Ректификация в производстве этилового спирта»
- ГОСТ Р 51074-2003 «Продукты пищевые. Этиловый спирт этиловый ректификации»