Ректификация бинарных смесей

Для получения практически чистых компонентов применяется ректификация. Процесс осуществляется в аппаратах колонного типа, называемых ректификационными колоннами.

Вверхуректификационной колонны поддерживается температура, близкая к температуре кипения НКК, поэтому с верха колонны в паровой фазе отбирается продукт, содержащий в основном НКК. Этот продукт частично или полностью конденсируется, и часть жидкости возвращается в колонну в качестве жидкого орошения (или флегмы). Оставшаяся часть верхнего продукта, называется дистиллятом (D) и используется по целевому назначению.

В нижней части (в кубе) ректификационной колонны поддерживается температура, близкая к температуре кипения ВКК, поэтому из куба колонны в жидкой фазе отбирается продукт, содержащий в основном ВКК. Часть этого продукта испаряется и возвращается в колонну в качестве парового орошения. Оставшаяся часть жидкого потока, называемая кубовым остатком (W), используется как целевой продукт.

В ректификационной колонне осуществляется массо- и теплообмен между поднимающимся паром и стекающей жидкостью. Массообмен происходит в результате отличия составов взаимодействующих потоков пара и жидкости от равновесных.

Взаимодействие между потоками пара и жидкости может осуществляться ступенчато на специальных устройствах, называемых тарелками(ректификационные колонны тарельчатого типа), либо непрерывно в слое насадки (ректификационные колонны насадочного типа).

Принцип ректификации рассмотрим на примере тарельчатой колонны по изобарной диаграмме (t-x₁y₁). В колонне произвольно выделим сечение, включающее три тарелки: верхняя тарелка (n-1), нижняя (n+1) и средняя (или промежуточная) n (рисунок 6.12).

а) б)

а – часть колонны с тремя тарелками; б – фазовая диаграмма t-x_dy

Рисунок 6.12 – Принцип ректификации на изобарной диаграмме

Пары G с содержанием НКК y поднимаются с тарелки (n+1). С тарелки (n-1) стекает жидкость g с содержанием НКК x . Эти потоки неравновесны, так как t больше t . На тарелке n происходит взаимодействие между потоками, сопровождающееся тепло- и массообменном. В результате этого (рисунок 6.12 б)

- температура потоков выравнивается (t );

- паровая фаза G обогащается НКК (y >y );

- жидкая фаза g обогащается ВКК (x <x ).

Итак, ректификация – противоточный двухсторонний массообменный процесс, в результате которого паровая фаза обогащается НКК, а жидкая – ВКК.

В производственных условиях ректификация осуществляется при атмосферном и повышенном давлениях, под вакуумом. Под избыточным давлением проводят ректификацию сжиженных газов (разделение кислорода и азота); под вакуумом – разделение высококипящих и нетермостойких веществ, а так же смесей компонентов с близкими температурами кипения. Ректификацию обычно проводят на установках непрерывного действия. Периодическую ректификацию используют в случае часто меняющихся по составу смесей и при небольших производительностях.