8 Сурет – Ректификациялық қондырғы.

Көптеген эксперименттік деректердің негізінде, ректификацияның бөлу қабілеттілігі келесі факторларға тәуелді екені белгіленді: жүйенің құрамы мен оның қасиеттерімен анықталатын бөліну коэффициентіне; колоннаның тарелкалары санына, яғни бөліну дәрежесіне; өз кезегінде жүргізу жылдамдығы мен тарелкалардың конструкциялық ерек­ше­лік­теріне тәуелді болатын, әрбір тарелкадағы бөліну тиімділігіне.

Бұл әдіс жоғары тазалықты металдарды алуға мүмкіндік береді. Теория жүзінде, 100 % жуықтаған шығыммен, кез – келген бөліну дәрежесіне жетуге болады, тек қана келесі шарт орындалатын болса: егер компо­нен­ттер азеотроптық қоспалар түземесе.

Әртүрлі тарелкалардағы сұйықтар мен булар құрамын байланыстырушы теңдеу, ко­лоннаның материалдық балансы негізінде шығарылады. Колоннаның барлық тарелкасы үшін сұйық пен будың ағу жылдамдығы тұрақты болып қалады деген ұйғарынды жасап, осындай баланс құрып көрейік. V арқылы бу ағынының жылдамдығын, ал L арқылы сұйық­тың ағу жылдамдығын және Q арқылы колоннаның жоғарғы бөлігі арқылы айдандының (кон­денсаттың) шығымын белгілейміз. Барлық шамалар моль/с арқылы есептеледі. Онда

Q = V – L. (13)

Сұйықтың және будың ағу жылдамдықтарының қатынасы флегма саны деп аталады:

(14)

Өнімдер құрамын ұшатын компоненттің мольдік үлестерімен көрсетеміз. Келесі бел­гілерді қабылдаймыз: Х₃ – 3-ші тарелкадағы сұйықтың мольдік үлесі; У₃ – 3-ші тарелкадағы будағы ұшқыш компоненттің мольдік үлесі; Р – айдандыдағы (конденсаттағы) ұшқыш компоненттің мольдік үлесі; барлық шамалар мөлшерсіз. Онда 3-ші тарелка өшін аламыз:

РQ = У₃V – X₃L. (15)

Осы теңдеуге (13) және (14) теңдеулеріндегі Q және L мәндерін қойсақ:

Р(V – VФ) = У₃V – X₃VФ. (16)

Теңдеуден V алып тастаймыз:

Р(1 – Ф) = У₃ – X₃Ф. (17)

Теңдеуді Х₃ қатысты шешеміз:

(18)

Осыған ұқсас колоннаның барлық тарелкасы үшін сұйық пен будың құрамын анықтауға болады. Кейдір элементтерді (Hg, Zn, Cd, Li, Br және басқ.) қарапайым заттар түрінде тікелей ректификациялық бөліну мен тазартуға түсіруге болады. Дегенмен күп жағдайларда бұл про­цесс олардың ұшатын қосылыстарының қолданылуымен іске асырылады (га­логенидтер, гид­ридтер, металорганикалық қосылыстар және басқа ұшқыш қосылыстар). Цирконий мен гафний, ниобий мен тантал тетрахлоридтер түрінде ажыратылады. Вольфрам мен мо­либ­ден хлоридтер түрінде бөледі және тазартады, ванадидің ректификациялық тазартылуы үшін ең ыңғайлы қосылыс хлорокись (VOCl₃) болып табылады.

Ректификацияны қолдану мысалдары. Титан те­т­­­ра­хло­ридін тазарту, ол басқа төмен қайнайтын хлоридтермен және бірінші кезекте кремний тетрахлоридімен ласталған. Сұйық фазада екі хлоридте бір-бірінде шексіз ериді. Қайнау температурасы: TiCl₄ 136 ^оС, SiCl₄ 57 ^оС. Тазартудың бірінші сатысы SiCl₄ қосылысын ТiCl₄-дан бөлінуін (SiCl₄ – кон­ден­са­қа; ТiCl₄ – в кубтық қалдыққа) қамтамасыз ететін режимде жүргізіледі. Басқа хлоридтер қос­па­ларынан (ТiCl₄ қарағанда ұшқыштығы төмен) ажырату үшін, конденсатта таза ТiCl₄ алумен қайтарма ректификация жүргізіледі. Бұл хлоридтердің айдалуын тотбаспайтын болаттан жасалған, тесікті тарелкалы ректификациялық ко­лонналарда жүргізіледі. Колоннаның жоғар­ғы жағының тем­пературасын 58 тең етіп ұстайды. Нәтижесінде, құрамында SiCl₄ бар булар кон­ден­са­торға түседі, ал сұйық TiCl₄ біртіндеп төмен аға отырып, кремний хлоридімен бі­рі­ге­ді. Бу құрамының осы қоспаның сұйық ерітіндісі құрамына тәуелділігінен (Роб = 1 ат) 9 суретте көреміз.

58 ^оС

а

TiCl₄ Мµлшері, % SiCl₄