Химическая технология, ч. 1. - Гончаров А.И
Скачать (прямая ссылка):
У відцентрових екстракторах використовують дію відцентрових сил. В них ефективно здійснюється не тільки змішування, а й розділення фаз; обидві фази перемішуються, проходячи крізь отвори спіралей, і розділяються в каналах під дією відцентрових сил. Отже, змішування і сепарація рідин відбуваються одночасно і багаторазово.
Відцентрові екстрактори досить компактні і поєднують значну продуктивність з високою масопередачею. В них ефективно обробляються рідини з невеликою різницею густини, і такі, для яких обмежується час перебування в апараті, наприклад антибіотики.
§ 4. РОЗДІЛЕННЯ ГОМОГЕННИХ СИСТЕМ
Перегонка рідин — це найбільш поширений метод розділення рідких однорідних сумішей, що складаються з двох або кількох летких компонентів. У широкому розумінні перегонка — це процес, який включає часткове випарювання суміші з наступною конденсацією утвореної пари. Цей процес може здійснюватись один і багато разів. Внаслідок конденсації утворюється рідина, яка за своїм складом відрізняється від складу вихідної суміші. Розділення перегонкою грунтується на різній леткості компонентів суміші при тій самій темпера-
турі. Тому при перегонці всі компоненти суміші переходять у стан пари в кількостях, пропорційних їх фугітивності (леткості).
Якщо вихідна суміш складається з двох компонентів, то утворена внаслідок перегонки пара містить більше легколвткої, або низькокип-лячої, рідини (HK). Рідина, що залишилась невипареною, природно, має склад, більш багатий важколетким, або висококиплячим, компонентом (BK). Ця рідина називається залишком, а рідина, добута внаслідок конденсації пари, — дистилятом, або ректифікатом.
Відомо два види перегонки: дистиляція і ректифікація.
Дистиляція — це процес одноразового часткового випарювання рідкої суміші і конденсації утвореної пари. Дистиляція, або проста перегонка, застосовується тільки для розділення сумішей, в яких леткість компонентів істотно відмінна.
Ректифікація — це процес розділення гомогенних сумішей летких рідин шляхом двобічного масо- і теплообміну між нерівноважни-ми рідкою і паровою фазами, які мають різну температуру і рухаються протитечією один відносно одного. Розділення здійснюється в колонних апаратах при багаторазовому або безперервному контакті фаз. При кожному контакті з рідини випарюється переважно HK, яким збагачується пара, а з парової фази конденсується переважно BK-Обмін компонентами між фазами дає змогу добувати пару, яка складається майже з чистого HK- Ця пара, що виходить з верхньої частини колони, після її конденсації в іншому апараті дає дистилят, або ректифікат, а флегма — рідина, що повертається для зрошування колони, виділяється знизу колони і є майже чистим BK.
В сучасній хімічній технології ректифікацію застосовують в різних галузях для виділення компонентів у чистому вигляді — в органічному синтезі, при розділенні ізотопів, полімерів, напівпровідників та різних хімічних речовин.
Фазова рівновага бінарних сумішей. Для фізико-хімічної характеристики бінарних систем рідина — пара зручно користуватись так званими фазовими діаграмами. Якщо позначити через х склад рідкої фази, а через у — склад пари, то приймаючи t = const, можна побудувати графік залежності тиску пари від складу рідини (діаграма P — х).
Вважаючи постійним тиск над сумішшю (р = const), зображують на площині залежність температур кипіння рідини і концентрації пари від складу рідкої і парової фаз (діаграма t — х — у). При р = const і t = const знаходять залежність між рівноважними складами фаз, яка зображується діаграмою рівноваги (діаграма у — х).
Класифікація бінарних сумішей. Залежно від взаємної розчинності компонентів відрізняють суміші рідин з необмеженою розчинністю, взаємно нерозчинні і обмежено розчинні одна в одній. Суміші з необмеженою взаємною розчинністю компонентів поділяються на ідеальні і реальні.
Суміші рідин з необмеженою розчинністю. Ідеальні суміші. Відповідно до закону Рауля, парціальний тиск кожного компонента пропорційний мольній долі цього компонента в рідині. Для бінарної" суміші,
яка складається з компонентів А і В, за законом Рауля
Ра = раха > Pb=PbXb = PbV-Xa)' (135>
де Xa і Xb — мольні долі компонентів А і В, тиски насиченої пари яких над чистою рідиною при даній температурі дорівнюють Pa і Pb-
Одночасно, відповідно до закону Дальтона, загальний тиск пари р над розчином дорівнює сумі парціальних тисків його компонентів
P = Pa + Pb = paxa + pbU-Xa)- (136>
З наведених рівнянь видно, що при сталій температурі парціальні тиски компонентів, а також загальний тиск парів над сумішшю перебувають у лінійній залежності від мольної долі Xa низько-киплячого компонента.
Разом з тим, відповідно до закону Дальтона, парціальний тиск Pa компонента А пропорційний його мольній долі у а в парі
Pa = РУа>
де р — загальний тиск пари над сумішшю. Враховуючи, що за законом Рауля pa = PaXa, можна знайти рівняння для складу пари у а, рівноважного з рідиною даного складу ха, тобто залежність між складом рівноважних фаз
ь'a = -j-*а. "37>