Ректификация

Для более полного разделения жидкой смеси применяется ректификация.

Ректификация – массообменный процесс разделения жидкой смеси на чистые или обогащённые составляющие в результате противоточного взаимодействия потоков пара и жидкости в направлении достижения равновесия.

Равновесие системы для ректификации, как и для перегонки, обычно представляют в виде кривой равновесия на диаграмма У-Х (рис. 133).

Рис.133. Диаграмма равновесных составов.

1-кривая равновесия, 2-диагональ диаграммы,

У,Х - концентрации л/л компонента в паровой и жидкой фазах, мольные доли или %.

Для проведения процесса ректификации важно, чтобы кривая равновесия 1 значительно отстояла от диагонали диаграммы 2, чтобы обеспечить приемлемые габариты колонны. ''Отодвинуть'' кривую равновесия от диагонали можно различными методами. Во-первых, уменьшением рабочего давления в колонне (рис.134).

Рис.134. Влияние давления на положение равновесной кривой.

1 – p>1 атм, 2 – p=1 атм, 3 – p<1 атм.

Во-вторых, применением методов экстрактивной и азеотропной ректификации.

Сущность экстрактивной ректификации заключается в том, что к исходной смеси А-В прибавляется третий компонент ''К'', в котором один из разделяемых компонентов растворим хорошо, а второй либо не растворим, либо трудно растворим. Частным случаем является солевая ректификация, когда третьим компонентом является соль. Третий компонент в экстрактивной ректификации отводится с кубовым остатком. Для примера на рис.135 показано влияние добавки хлористого кальция на положение кривой равновесия для системы этанол-вода.

Рис.135. Влияние хлористого кальция на равновесие системы этанол-вода.

1 - отсутствует, 2 - 0.5 моль/л,

3 - 1 моль/л .

Сущность азеотропной ректификации состоит в том, что к исходной смеси добавляется третий компонент, который с одним из компонентов системы образует азеотропную смесь. Последняя становится как бы л/л компонентом и существенно сдвигает кривую равновесия вверх от диагонали. Третий компонент в этом случае выводится вместе с дистиллятом.

Если третий компонент является летучим, то по сути потребуется разделение трёхкомпонентной смеси, для чего необходимо две колонны, как это показано на рис. 138 (данные МКТИ).

Ректификация бинарной смеси может быть непрерывного и периодического действия. Схемы установок представлены на рис.136 и 137.

Более подробно рассмотрим ректификацию непрерывного действия (рис.136). Исходная смесь из ёмкости 1 насосом через подогреватель 2 подаётся в колонну 3 на ту тарелку, где концентрация л/л компонента соответствует составу x_f. Кипятильник 4, через который циркулирует кубовая жидкость с образованием парожидкостной смеси, создаёт паровую смесь, которая проходит снизу вверх через колонну 3, обогащаясь л/л компонентом. С верха колонны пары почти чистого л/л компонента поступают в дефлегматор 5, где конденсируются, конденсат поступает в делитель 6, который разделяет поток на флегму и дистиллят. Флегма поступает в колонну 3 для орошения верхней части (создание противопоточного потока жидкости). Дистиллят через холодильник 7а поступает в сборник 8. Кубовый остаток через холодильник 7б поступает из куба колонны 3 в сборник 9.

Рис.136. Схемa ректификационной установки непрерывного действия