Химическая технология, ч. 1. - Гончаров А.И
Скачать (прямая ссылка):
Барботажні колони (див. рис. 9) великої потужності і найбільш поширені в процесах ректифікації.
У насадочних колонах (див. рис. 7) застосовують насадки з можливо більшим вільним об'ємом. Діаметр насадочних колон не перевищує 1 м.
Рис. 82. Схема роторно-плівкової ректифікаційної колони:
1 — колона; 2 — сорочка для обігрівання; 3 — ротор; 4 — роторний випаровувач; 5 — конденсатор-дефлегматор; 6 — штуцер для введення вихідної суміші; 7 — штуцер для введення флегми; 8 — штуцер Для введення парн; 9 — штуцер для виведення залишку.
Плівкові ректифікаційні апарати застосовують для ректифікації під вакуумом сумішей, які мають малу термічну стійкість (мономери, полімери, продукти органічного синтезу). Одну з поширених конструкцій роторно-плівкових колон подано на рис. 82, де конденсаційно-випарювальним способом досягається чітке розділення суміші за короткий час перебування її в апараті.
До спеціальних видів перегонки відносять екстракційну, азеотропну і низькотемпературну ректифікацію, а також молекулярну дистиляцію.
Розділення компонентів з близькими температурами кипіння пов'язане з великими труднощами. Типовим прикладом є азеотропні суміші, для розділення яких використовують методи, що грунтуються на введенні в суміш додаткового компонента, так званого розділюючого агента з вибірковими властивостями. При його додаванні леткість і коефіцієнт активності у одного з компонентів зростають значно більше, ніж у другого.
При екстракційній ректифікації роз-ділюючий агент повинен мати меншу леткість, ніж компонент вихідної суміші, і не повинен утворювати з ними азеотропних сумішей. Він відводиться з колони з кубовим залишком. Типовим прикладом екстракційної ректифікації є розділення суміші бензолу і циклогексану з застосуванням фенолу як розділюючого агента. Екстракційна ректифікація провадиться тільки безперервним способом.
При азеотропній ректифікації використовують розділюючий агент, який утворює з одним із компонентів вихідної суміші азеотропну суміш з мінімальною температурою кипіння. Як більш летка ця суміш відганяєтся як дистилят, а другий практично чистий компонент видаляється у вигляді залишка. Якщо нова азеотропна суміш матиме максимальну температуру кипіння, то вона видаляється у вигляді залишка, а зверху колони відбирається як дистилят майже чистий другий компонент вихідної суміші. Прикладом азеотропної ректифікації є процес розділення азеотропної суміші етанол — вода (температура
6 8-486
161
кипіння 78° С), де розділюючим агентом використовують бензол, який з водою і спиртом утворює потрійну азеотропну суміш з мінімальною температурою кипіння 64,8° С. Залишок є безводним етиловим спиртом.
Молекулярною дистиляцією розділяють речовини з дуже високою температурою кипіння. При цьому застосовують високий вакуум над поверхнею рідини, що відповідає залишковому тиску 0,1—0,01 Па. При таких умовах зростає довжина вільного пробігу молекул, яка може стати більшою за відстань між поверхнями випарювання і конденсації. Тому, якщо поверхні випарювання і конденсації розмістити близько одна від другої, можна успішно здійснити процес розділення. При молекулярній дистиляції молекули пари видаляються з поверхні випарювання відразу після утворення їх і рівновага між парою і рідиною не встигає встановитись. Ефект розділення методом молекулярної дистиляції визначається відношенням швидкостей випарювання компонентів суміші, або коефіцієнтом розділення ам. Швидкість випарювання Ui будь-якого компонента ідеального розчину пропорційна його мольній долі Xi в рідині. Відповідно до молекулярно-кінетичної теорії газів
Щ X1, (139)
VM1T
де P1 — тиск насиченої пари чистого компонента при температурі кипіння суміші; M1— молекулярна маса компонента; T — абсолютна температура.
Отже, для бінарної суміші компонентів 1 і 2 можна записати
аи = ^ = ^ і/Ж 040)
U2X1 р2 У M1
З цього рівняння виходить, що ступінь розділення при молеку-
... л. . .„ і/Ж"
лярній дистиляції більший, ніж при рівноважній у у -~- разів.
Для молекулярної дистиляції застосовують плівкові апарати, описані в спеціальній літературі. Молекулярна дистиляція застосовується в деяких виробництвах пластмас, вітамінів, олії і мастил, жирних кислот, ефірів та інших цінних продуктів.
§ 5. РОЗЧИНЕННЯ І КРИСТАЛІЗАЦІЯ
У хімічній технології широко використовуються процеси розчинення твердих речовин у рідинах. Розчинення — це процес переходу речовини в розчин з поверхні, яка повністю складається з розчинної речовини. На відміну від екстракції розчинене тверде тіло не має інертного (нерозчинного) скелета. При розчиненні долається лише один дифузійний опір, тому процеси розчинення відбуваються швидше, ніж процеси екстракції. При екстракції з твердих речовин у хімічній технології найчастіше застосовують воду або водні розчини деяких неорганічних кислот; при цьому процес називають вилуговуванням. Крім того, вилуговування є першою стадією хімічної переробки мінеральної сировини, з якої таким способом добувають потрібні компоненти, що відділяються від інертного матеріалу (пустої породи).
