9.2. Ректифікація
Принцип ректифікації
Достатньо високий ступінь розділення однорідних рідких сумішей на компоненти може бути досягнута шляхом ректифікації. Суть процесів, з яких складається ректифікація, і результати, які отримують при цьому, можна прослідкувати за допомогою t-x-y діаграми (рис. 9.2.1.).
Нагріваючи вихідну суміш складу Х1 до температури кипіння отримаємо пар, який знаходиться в рівновазі з рідиною (точка b). Відбір і конденсація цього пару дають рідину складу Х2 збагачену НК (Х2 > Х1). Нагрівши цю рідину до температури кипіння t2, отримаємо пар (точка d), конденсація якого дає рідину з ще більшим вмістом НК, і маючи склад Х3 і т. д. Проводячи таким чином послідовно ряд процесів випаровування рідини і конденсації парів, можна отримати рідину (дистилят), яка являє собою майже чистий НК.
Рис. 9.2.1. Зображення процесу розділення бінарної суміші шляхом ректифікації на діаграмі t-x-y.
Аналогічно виходячи з парової фази, яка відповідає складу рідини Х4 , шляхом проведення ряду послідовних процесів конденсації і випаровування можна отримати рідину (залишок), яка майже з цілком складається з ВК.
В найпростішому виді процес багатократного випаровування можна здійснити в багатоступінчастій установці, в першому ступені якої випаровується вихідна суміш. На другий ступінь поступає на випаровування рідина, яка залишилася після відокремлення парів в першому ступені, в третьому ступені випаровується рідина, яка поступила з другого ступеню (після відбору з останньої парів) і т. д. Аналогічно може бути організовано процес багаторазової конденсації, при якому на кожний наступний ступінь поступають для конденсації пари, які залишились після відокремлення від них рідини (конденсату) в попередньому ступені.
При достатньо великому кількості ступенів таким шляхом можна отримати рідку або парову фазу з достатньо великою концентрацією компонента, яким вона збагачується. Але вихід цієї фази буде малий по відношенню до її кількості у вихідній суміші. Крім цього, описані установки відрізняються громіздкістю і великими втратами тепла в навколишнє середовище.
Значно більш економічне, повне і чітке розділення на компоненти досягається в процесах ректифікації, які проводяться звичайно в більш компактних апаратах - ректифікаційних колонах.
Процес ректифікації здійснюється шляхом багаторазового контакту між нерівноважною рідиною і паровою фазами, які рухаються один відносно одного.
При взаємодії фаз між ними відбувається масо- і теплообмін, зумовлений прагненням системи до стану рівноваги. В наслідок кожного контакту, компоненти перерозподіляються між фазами: пар дещо збагачується НК, а рідина - ВК. Багаторазове контактування призводить до практично повного розділення вихідної суміші.
Таким чином, відсутність рівноваги (і, відповідно, наявність різниці температур фаз) при русі фаз з певною відносною швидкістю і багаторазовому їх контактуванні є необхідними умовами проведення ректифікації.
Процеси ректифікації здійснюються періодично або безперервно при різних тисках: при атмосферному тиску, під вакуумом, а також під тиском більше атмосферного.