4.2. Азеотропная ректификация

П ри азеотропной ректификации обычно используют разделяющий ком­понент С, который образует с одним из компонентов исходной смеси (А или В) азеотропную смесь, обладающую минимальной темпе­ратурой кипения. Образующаяся более летучая, чем исходная, азеотропная смесь отгоняется в качестве дистиллята, а другой практически чистый компонент удаляется в виде остатка,

Иногда можно подобрать разделяющий агент, образующий с одним из компонентов исходной смеси новую азеотропную смесь с максимальной температурой кипения. В этом случае новая азеотропная смесь удаляется в виде остатка, а сверху колонны отбирают дистиллят, представляющий собой практически чистый другой компонент исходной смеси. Возможно также осуществить азеотропную ректификацию с помощью разделяющего компонента, образующего азеотропные смеси с обоими компонентами. При этом отношение компонентов А и В в тройной азеотропной смеси должно быть иным, чем в исходной смеси, поступающей на разделение. В данном варианте процесса дистиллят, удаляемый из ко­лонны, представляет собой летучую азеотропную смесь (из трех компо­нентов), а остаток — один из компонентов исходной смеси практически в чистом виде.

Подбор разделяющего агента производят на основе второго закона Вревского, указывающего направление изменения состава азеотропной смеси с температурой.

В установке для азеотропной ректификации (рис. ХV-13), проводимой с образованием азеотропной смеси, обладающей минимумом темпера­туры кипения, исходная азеотропная смесь (А + В) поступает на питаю­щую тарелку колонны 1, которая орошается сверху разделяющим аген­том С.

Сверху колонны удаляется азеотропная смесь компонентов А + С с минимальной температурой кипения (дистиллят), снизу колонны уходит компонент В (остаток).

На рис. ХV-13 показан вариант процесса азеотропной ректификации, когда образующаяся азеотропная смесь состоит из компонентов с резко отличающейся взаимной растворимостью при разных температурах.

В этом случае компоненты А и С, нахо­дясь в жидком виде, практически взаим­но нерастворимы. Поэтому дистиллят после охлаждения разделяется на ком­поненты А и С в отстойнике 2. Компонент А является конечным про­дуктом, а регенерированный компонент С после нагревания в подогре­вателе 3 возвращается на орошение колонны 1. В схеме, показанной на рис. ХV-13, в дефлегматоре колонны конденсируется лишь часть паров (А + С), необходимая для получения флегмы, а остальная часть их сжижается и охлаждается в холодильнике-конденсаторе перед поступ­лением в отстойник 2.

В качестве примера применения азеотропной ректификации можно указать на процесс разделения азеотропной смеси этиловый спирт—вода (температура кипения 78 °С), где в качестве разделяющего компонента используют бензол, образующий с водой и спиртом тройную азеотропную смесь с минимумом температуры кипения (64.8 °С). Остаток, удаляемый из колонны, представляет собой безводный этиловый спирт.

Процессы азеотропной ректификации проводят непрерывным и перио­дическим способами, причем в последнем случае разделяемый компонент полностью загружается в куб колонны вместе с исходной смесью, что упрощает схему установки.

При азеотропной ректификации в большинстве случаев требуется больший расход тепла, чем при экстрактивной ректификации. Кроме того, при азеотропной ректификации более затруднен подбор разделяющего агента и ограничена возможность изменения соотношения его количества и количества исходной смеси сравнительно с экстрактивной ректифи­кацией. В качестве разделяющего агента при экстрактивной и азеотропной ректификации все большее распространение получают растворимые твердые вещества, в частности соли, в при­сутствии которых в благоприятную сторону изменяется соотношение разделяемых компо­нентов при фазовом равновесии.

Р азделение практически не смешивающихся и частично смешивающихся жидкостей в химической технологии проводят путем гетерогенной азеотропной рек­тификации (рис ХV-14) Например, таким способом осуществляют отделение орга­нических веществ от небольших примесей растворенной в них влаги. Процесс проводится в исчерпывающих колоннах 1 и 2 Исходная смесь, состоящая из компонентов А и В, посту­пает в отстойник 3, где смешивается с конденсатом из дефлегматора 4, общего для обеих колонн. В отстойнике этот конденсат расслаивается на два слоя, составы которых соответ­ствуют взаимной растворимости компонентов.

Раствор А к В (верхний слой) сливается в колонну 1; здесь в результате перегонки обра­зуется пар, представляющий собой гетероазеотроп, который поступает из дефлегматора 4 в отстойник 3. Остаток из колонны 1 является практически чистым компонентом В, который сливается в сборник 5.

Раствор В в А (нижний слой) разделяется в колонне 2 на гетероазеотроп и компонент А. Гетероазеотроп близок по составу к гетероазеотропу, отгоняемому из колонны 1, поэтому он направляется через общий дефлегматор 4 в отстойник 3 Снизу колонны 2 обводится в сборник 6 практически свободный от примесей компонент А.