Лекция 6

XV. Перегонка жидкостей

1. Общие сведения

2. Простая перегонка

3. Ректификация

3.1. Схемы ректификационных установок для разделения бинарных смесей

3.2. Устройство ректификационных аппаратов

4. Специальные виды перегонки

4.1. Экстрактивная ректификация

4.2. Азеотропная ректификация

4.3. Молекулярная дистилляция

4.4. Низкотемпературная ректификация

.

1. Общие сведения

Одним из наиболее распространенных методов разделения жидких однородных смесей, состоящих из двух или большего числа летучих компонентов, является перегонка (дистилляция и ректификация).

В широком смысле перегонка представляет собой процесс, включа­ющий частичное испарение разделяемой смеси и последующую конден­сацию образующихся паров, осуществляемые однократно или много­кратно. В результате конденсации получают жидкость, состав которой отличается от состава исходной смеси.

Если бы исходная смесь состояла из летучего или нелетучего компо­нентов, то ее можно было бы разделить на компоненты путем выпаривания. Посредством же перегонки разделяют смеси, все компоненты которых летучи, т.е. обладают определенным, хотя и разным давлением пара. Разделение перегонкой основано на различной летучести компонентов смеси при одной и той же температуре. Поэтому при перегонке все компоненты смеси переходят в парообразное состояние в количествах, пропорциональных их фугитивности (летучести).

В простейшем случае исходная смесь является бинарной, т.е. состоит только из двух компонентов. Получаемый при ее перегонке пар содержит относительно большее количество легколетучего, или низкокипящего, компонента (НК), чем исходная смесь. Следова­тельно, в процессе перегонки жидкая фаза обедняется, а паровая фаза обогащается НК. Неиспарившаяся жидкость, естественно, имеет состав, более богатый труднолетучим, или высококипящим компонентом (ВК).

Эта жидкость называется остатком, а жидкость, полученная в результате конденсации паров,— дистиллятом, или ректи­фикатом.

Степень обогащения паровой фазы НК при прочих равных условиях зависит от вида перегонки. Существуют два принципиально отличных вида перегонки: 1) простая перегонка (дистилляция) и 2) ректификация.

Простая перегонка представляет собой процесс одно­кратного частичного испарения жидкой смеси и конденсации обра­зующихся паров. Простая перегонка применима только для разделения смесей, летучести компонентов которой существенно различны, т.е. отношение летучестей (относительная летучесть) компонентов значительна. Обычно ее используют лишь для предварительного грубого разделения жидких смесей, а также для очистки сложных смесей от нежелательных примесей, смол и т.п. Известны несколько разновидностей простой пере­гонки, которые будут рассмотрены ниже.

Значительно более полное разделение жидких смесей на компоненты достигается путем ректификации.

Ректификация — процесс разделения гомогенных смесей ле­тучих жидкостей путем двустороннего массо- и теплообмена между нерав­новесными жидкой и паровой фазами, имеющими различную температуру и движущимися относительно друг друга. Разделение осуществляется обычно в колонных аппаратах при многократном или непрерывном кон­такте фаз. При каждом контакте из жидкости испаряется преимуще­ственно НК, которым обогащаются пары, а из паровой фазы конденси­руется преимущественно ВК, переходящий в жидкость. Обмен компо­нентами между фазами позволяет получить, в конечном счете, пары, пред­ставляющие собой почти чистый НК. Эти пары, выходящие из верхней части колонны, после их конденсации в отдельном аппарате дают дистил­лят, или ректификат (верхний продукт) и флегму — жид­кость, возвращаемую для орошения колонны и взаимодействия с под­нимающимися по колонне парами. Снизу колонны удаляется жидкость, представляющая собой почти чистый ВК, — остаток (нижний про­дукт). Часть остатка испаряют в нижней части колонны для получения восходящего потока пара.

Ректификация известна с начала XIX века как один из важнейших технологических процессов главным образом спиртовой и нефтяной промышленности. В настоящее время ректификацию все шире применяют в самых различных областях химической технологии, где выделение компонентов в чистом виде имеет весьма важное значение (в производствах органического синтеза, изотопов, полимеров, полупроводников и различных других веществ высокой чистоты).

Процессы перегонки осуществляются периодически или непрерывно. Ниже рассмотрены характеристики двухфазных систем жидкость—пар, необходимые для анализа и расчета процессов перегонки.