Процесс ректификации предназначен для разделения смесей на практически чистые компоненты или фракции, различающиеся температурой кипения.

Различают смеси из двух компонентов (бинарные), многокомпонентные и сложные (непрерывные). К сложным смесям относятся нефть и её фракции.

Физическая сущность процесса ректификации заключается в  двустороннем массо- и теплообмене между неравновесными потоками пара и жидкости при высокой турбулизации поверхности контактирующих фаз. В результате массообмена пар обогащается низкокипящими, а жидкость – высококипящими компонентами. При определенном числе контактов можно получить пары, состоящие в основном из низкокипящих, а жидкость – из высоко кипящих компонентов.

На практике ректификация, как и всякий диффузионный процесс, осуществляется в противотоке пара и жидкости, что обеспечивает различие температур и неравновесность  составов встречных потоков. Жидкое орошение  при ректификации паров создаётся  путем конденсации части парового потока в верхней части колонны, а паровое орошение при ректификации жидкости – путём испарения части жидкости в нижней части колонны.

Процесс ректификации проводят в аппаратах, технологическая схема которых зависит от назначения аппарата и давления в нём, а конструкция – от способа организации контакта фаз.

В зависимости от применяемого давления, аппараты подразделяются на вакуумные, атмосферные и работающие под давлением.

В зависимости от внутреннего устройства различают аппараты тарельчатые, насадочные, плёночные и роторные. В нефтяной, нефтехимической и газовой промышленностях в настоящее время наиболее широко распространены тарельчатые и насадочные колонны.

Наиболее простое конструктивное оформление ректификационных аппаратов достигается при движении жидкости от одной ступени контакта к другой под действием силы тяжести. В этом случае контактные устройства (тарелки) располагаются одно под другим, и разделительный аппарат выполняется в виде вертикальной колонны.

При ступенчатом осуществлении процесса ректификации в колонных аппаратах контакт пара и жидкости может происходить в противотоке (например, на тарелках провального типа), в перекрёстном токе (например, на колпачковых тарелках) и в прямотоке (например, на струйных тарелках). Разделительный эффект аналогичный многоступенчатому противоточному каскаду, достигается также путём непрерывного контакта фаз при движении их противотоком в слое насадки, т.е. насадочных ректификационных колоннах.

В настоящем методическом указании приведён пример расчёта полной ректификационной колонны для разделения бинарной смеси с тарельчатыми контактными устройствами.

Такая колонна имеет один сырьевой поток, два продуктовых потока, один теплоподвод и один теплосъём по концам аппарата. 

Сырьё в виде пара, жидкости или парожидкостной смеси подаётся в среднюю часть колонны.

В работающей ректификационной колонне через каждую тарелку проходят четыре потока: жидкость – флегма, стекающая с вышележащей тарелки; пары, поступающие с нижележащей тарелки; жидкость – флегма, уходящая на нижележащую тарелку; пары, поднимающиеся на вышележащую тарелку. 

Пары и жидкость, поступающие на тарелку, не находятся в состоянии равновесия, однако, вступая в соприкосновение, стремятся к этому состоянию. Жидкий поток с вышележащей тарелки поступает  в зону более высокой температуры, и поэтому из него испаряется некоторое количество низкокипящего компонента, в результате чего концентрация последнего в жидкости уменьшается. С другой стороны, паровой поток, поступающий с нижележащей тарелки, попадает в зону более низкой температуры, и часть высококипящего компонента из этого потока конденсируется, переходя в жидкость. Концентрация высококипящего компонента в парах, таким образом, понижается, а низкокипящего – повышается. В результате таких процессов однократного испарения и конденсации, происходящих на каждой тарелке ректификационной колонны, фракционный состав паров и жидкости по  высоте колонны непрерывно изменяется.

Часть ректификационной колонны, которая расположена выше ввода сырья, называется концентрационной или укрепляющей, а ниже – отгонной или исчерпывающей. В обеих частях колонны происходит один и тот же процесс ректификации. С верха концентрационной части  в паровой фазе выводится целевой продукт необходимой чистоты – ректификат, а с низа – жидкость ещё в заметной степени обогащённая низкокипящим компонентом. В отгонной части из этой жидкости окончательно отпаривается низкокипящий компонент. В виде жидкости с низа этой части колонны выводится второй целевой продукт – остаток.

При подаче сырья в колонну в паровой или жидкой фазах нижняя тарелка концентрационной или соответственно верхняя тарелка отгонной части колонны называется тарелкой питания. При паро-жидкостном состоянии сырья обе указанные тарелки называются тарелками питания.

Для нормальной работы ректификационной колонны необходимо, чтобы с верха колонны на нижележащие тарелки непрерывно стекала жидкость – флегма. Поэтому часть готового продукта – ректификата после конденсации возвращается на верхнюю тарелку колонны в виде так называемого орошения. С другой стороны, для нормальной работы колонны необходимо также, чтобы с низа колонны вверх непрерывно поднимались пары. Для создания парового потока в колонне, часть уходящего из колонны остатка подогревается, испаряется и возвращается обратно в колонну.

Таким образом, технологическая схема установки с полной ректификационной колонной должна иметь для создания жидкостного и парового орошения конденсатор и кипятильник (рис.1).