Непрерывная ректификация

1. Простая ректификация.

Рассмотрим диаграмму состояния бензол-толуол.

Возьмём пар в точке X₁t₁ и нач­нём его охлаждать. В точке t₂ появится жидкая фаза и она про­должит конденсироваться до точки t₃. В этой точке X₃t₃ смеси жидкость состава X₁ и пар – со­става X₂. Отберём и вновь скон­денсируем этот пар до t₄. При этой температуре состав жидко­сти X₂, а пара – X₃. В результате многократного повторения этого процесса получаем газ, состоя­щий из одного низкокипящего компонента и жидкость из высо­кокипящего компонента.

Данный процесс реализуется в ректификационной колонне. Наибольшее распространение получили тарельчатые колонки. Общий вид колонки и принцип её действия следующие.

Ректификационная колонна состоит из 2-х колонн: укрепляющей (1) и исчерпывающей (2). В первой происходит обогащение паров НКК, а во второй – извлечение (исчерпывание) этого компонента из жидкой фазы. Важное понятие РК – теоретическая тарелка – характеризует однократный контакт жидкости и пара, завершающий достижение фазового равновесия (ей соответствуют горизонтальные линии на РС). Исходная смесь состава Х₁, подается на питающую тарелку (3), где смешиваются с флегмой, получаемой частичной конденсацией НКК, для поддержания постоянного состава ректификата. С тарелки питания жидкость стекает по исчерпывающей колонне навстречу пару, получаемому из жидкости в кипятильнике (4). Часть её испаряется, а часть удаляется в виде кубового остатка (чистый ВКК). Пар, обогащенный НКК, конденсируется в конденсаторе (5), часть его в виде флегмы поступает в колонну, а остаток отводится в виде чистого НКК.

Степень чистоты НКК и ВКК зависит от числа теоретических тарелок, которое можно рассчитать для каждой колонны.

2. Для ректификации смеси жидкостей, имеющих близкую t_кип, применяется метод экстрактивной ректификации с использованием разделяющего реагента.

Так, например, для ректификации смеси метилциклогексана (А) (t_кип = 101°C) и толуола (В) (t_кип = 110°C) качества разде­ляющего агента используют анилин (R). Установка состоит их 2-х обычных ректи­фикационных колонн, в первую из которых на верхнюю тарелку укрепляющей части вводят поток разделяющего агента. Он рас­творяется в потоке флегмы, повышая ин­тенсивность агента НКК, увлекая вниз, как бы экстрагируя ВКК. Кубовам жидкость первой колонны представляют собой смесь В+R, которую разделяют во 2-й колонне, откуда кубовый остаток идет снова на 1 колонну.

3. Для ректификации жидкостей, дающих азеотропы, применяют метод азеотропной ректификации при прибавлении разделяющего реагента, дающего свои азеотропы с одним или обоими компонентами исходной смеси.

Например, для получения 100% спирта перегоняют смесь С₂Н₅ОН(А)–Н₂О(В) с бензолом (R). Тройной азеотроп Б–Э–Н₂О имеет t_кип = 65^о, у Э–Н₂О – 78^о. Установка состоит из 3 колонн: азеотропной (1), отгонной (2) и укрепляющей (3). Из адсорбционной колонны, куда поступает исходная смесь и бензол, отводятся в виде дистиллята тройной азеотроп (Т), уносящий всю воду, и чистый спирт в виде кубового остатка. Охлажденный дистиллят попадает в отстойник (О), где образует 2 слоя. Верхний, с 1% Н₂О образует флегму азеотропной колонны, нижний, с 36% Н₂О – поступает в отгонную колонну. Дистиллят отгонной колонны (R+А) присоединяют к дистилляту азеотропной колонны, а кубовый остаток (слабый раствор С₂Н₅ОН) на питающую тарелку укрепляющей колонны Дистиллят укрепляющей колонны (96% А + 4% Н₂О) смешивается с исходным азеотропом, а кубовый остаток представляет собой воду (В).