Методы получения особо чистых неорганических веществ - Степин Б.Д.
Скачать (прямая ссылка):
0,34 0,79 2,32 > 50
* Активность кубовой жидкости более чем в 100 раз превышает активность днстил-ЛаТаЬРГ5ВелУ„,,н<наНУактнвности кубовой жидкости ограничивается малой растворимостью РеС1з в исследуемом продукте [86, 87].__
Как видно из табл. 15 и 16, значения коэффициентов разделения во всех системах, за исключением смеси ОН3Ь1елз— ны3
251
в области микроконцентраций хлоридов фосфора и железа достаточно велики, что говорит о потенциальной возможности очистки данных продуктов от указанных микропримесей обычной ректификацией.
ПРИНЦИПЫ РАСЧЕТА РЕКТИФИКАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ
Исходные технические продукты, используемые для глубокой очистки их методом ректификации, с точки зрения обычной химической технологии являются достаточно чистыми. Концентрация примесей в них не превышает, как правило, Ю-3—10_5%. Такое содержание определяется как малой растворимостью в очищаемых продуктах многих неорганических соединений [86, 87], так и тем, что нередко проводится предварительная грубая очистка с использованием достаточно эффективных процессов.
При сравнении качества многих исходных технических продуктов и продуктов особой чистоты видно, что снижение концентрации большинства микропримесей должно происходить примерно на 2—4 порядка.
Для организации ректификационной очистки следует определить метод расчета необходимого числа ступеней с учетом специфики проводимого процесса.
Законченного решения, учитывающего влияние различных факторов, связанных с внешними загрязнениями неорганическими примесями и с отклонениями от проведения термодинамически равновесного процесса глубокой очистки жидких продуктов, еще не найдено. Поэтому следует прежде всего определить, какие из применяемых в химической технологии методов могут быть использованы для производства соответствующих расчетов при условии достижения требуемой стерильности.
При расчете ректификационных колонн используются различные графические и аналитические методы в применении к периодическим и непрерывным процессам.
Они достаточно подробно описаны в соответствующей литературе [1—5]; указаны особенности расчета для колонн различных конструкций: насадочных, тарельчатых, роторных и др. [88].
Многочисленные публикации содержат описание влияния самых разнообразных факторов на эффективность колонн: единицы переноса (ВЕП), высоты, эквивалентной теоретической ступени, степени разделения, производительности и т. п. Поэтому мы не ставили своей задачей воспроизведение этих расчетных методов. Здесь следует однако указать на почти полную непригодность графических методов (например, Мак-Кэба и Тиле [89]), так как построение равновесной кривой X — У и рабочих линий по экспериментальным данным в области столь низких концентраций не представляется возможным.
252
Из аналитических методов следует назвать наиболее простые. Прежде всего — эмпирическое уравнение Кука [90] — Роза [91] для идеальных бинарных смесей с использованием коэффициента разделения:
/?-а"-п (1«Г-Л) (У1'47)
(.1 — Уп) *о
где х и у— содержание легколетучего компонента соответственно в кубовой жидкости и дистилляте; индекс 0 относится к исходному продукту, а п — к конечному.
Авторы доказали справедливость этого метода на большом количестве опытов. Разделение считается достаточно четким, когда содержание низкокипящего компонента в дистиллате — не менее 99% при содержании его в кубе 1%; тогда
4,0 lgacp
(VI. 48)
где ссор — среднее значение относительной летучести.
В применении к глубокой очистке, когда а = const, содержание низкокипящего компонента можно принять за 100%, а снижение содержания примеси микрокомпонента происходит не менее, чем на четыре порядка, опять «мин = 4,0/lga, либо в общем виде:
„--С - У") (VI. 49)
•мин
где (1—х0)—содержание труднолетучей примеси в кубе (исходное содержание); (1 — у„) — содержание труднолетучей примеси в дистиллате (конечное содержание).
Для расчета минимального числа теоретических тарелок идеальных смесей при бесконечном флегмовом числе в периодическом процессе широко распространено приближенное уравнение Фенске [92], которое в применении к глубокой очистке веществ имеет тот же вид, что и уравнение Роза, с той лишь разницей, что левая часть имеет дополнительное слагаемое — единицу. Однако для непрерывного процесса оно пропадает и мы снова возвращаемся к выражению (VI. 47): ^ = а™. Нет смысла перечислять другие приближенные методы, так как они не имеют преимуществ для нашего случая перед только что рассмотренными.
Ранее (см. главу II) для любого термодинамически равновесного процесса глубокой очистки в стерильных условиях было получено аналогичное выражение
1п^-
л-=-^- (У1.50)
253
где а — коэффициент интенсивности очистки; для непрерывного ректификационного процесса а = \п а, са и с„ — концентрации микропримеси соответственно в исходном продукте и после /г-й ступени очистки.
Здесь следует сказать, что, когда а не зависит от концентрации микропримеси и рассматривается как характеристика термодинамически равновесного изобарно-изотермического процесса (без учета кинетических факторов), расчет по этой формуле может производиться для колонн с любыми характеристиками. Влияние факторов, отклоняющих процесс от равновесного, должно быть тогда учтено отдельно для каждой равновесной ступени. При этом ВЕП и ВЭТС могут меняться при проведении периодического процесса в довольно широких пределах (то же относится и к к. п. д. реальной тарелки).
