Азеотропная и экстрактивная ректификация
Азеотропы (нераздельно кипящие смеси), а также смеси состоящие из компонентов с близкими температурами кипения, разделить довольно трудно. Чтобы их разделить, нужно значительно изменить давление, что вызывает усложнение и удорожание установки. Эффективны способы, когда в разделяемую смесь вводятся разделяющие вещества. Эта так называемые способы азеотропной и экстрактивной ректификации. Общим признаком этих методов является проведение процесса в присутствии разделяющих агентов, которые изменяют относительную летучесть компонентов смеси в желательном направлении. Отличие методов заключается в следующем: при азеотропной ректификации – разделяющий агент образует азеотропную смесь с одним или несколькими компонентами исходной смеси, с которыми смесь отгоняется в виде дистиллята. Разделяющий агент вводится с исходной смесью. Разделяющий агент должен быть легколетучим (НК).
При экстрактивной ректификации – разделяющий агент должен обладать относительной летучестью меньшей, чем относительная летучесть компонентов исходной смеси, не образовывать азеотропов, а лишь смешиваться. Разделяющий агент вводится в колонну на некотором расстоянии от верха, смешивается с флегмой и отводится в остаток. Разделяющий агент, таким образом, должен изменять относительную летучесть компонентов исходной смеси в заданном направлении. Выбор разделяющего агента производится в последнее время по данным о межмолекулярном взаимодействии соединений различных классов. Азеотропная ректификация используется в малых производствах, экстрактивная – в производстве больших масштабов.
Устройство ректификационных установок
В ректификации используются аппараты 2-х типов – насадочные и тарельчатые. При ректификации под вакуумом – пленочные и роторные колонны.
Насадочные барботажные аппараты по конструкции внутри аналогичны абсорбционным. Отличие ректификационных аппаратов от абсорбционных в том, что они снабжены теплообменными устройствами – кипятильником и дефлегматором. Кипятильник предназначен для перевода в пар части жидкости, стекающей из колонны. Пар подводится под насадку или нижнюю тарелку. Кипятильник – это теплообменник. Дефлегматор предназначен для конденсации паров. Это кожухотрубчатый теплообменник. В межтрубном пространстве – пар, в трубах – охлаждающая вода.
Барботажные (тарельчатые) аппараты – применяются в условиях большой производительности, широких диапазонах изменения нагрузки по пару и жидкости, обеспечивая четкое разделение. Недостаток – высокое гидравлическое сопротивление, которое для ректификации не имеет большого значения и вызывает лишь повышение температуры кипения жидкости в кипятильнике колонны.
Экстракция
Экстракция – процесс разделения жидких смесей при помощи жидкого растворителя, избирательно растворяющего только извлекаемые компоненты. (В химических производствах экстракция в системе твердое тело – жидкость распространена мало, в основном в системе ж. - ж.) Процесс экстракции состоит из следующих стадий:
1. Смешение исходной смеси с экстрагентом. Исходная смесь состоит из целевого компонента В и растворителя А. Экстрагент - С. Растворимость В в С должна быть существенно больше, чем В в А, а взаимная растворимость А и С должна быть ничтожной.
Разделение экстракта и рафината. Плотности образующихся экстракта и рафината должны сильно различаться. Экстракт содержит смесь целевого компонента В и экстрагента С. Рафинат – смесь, обеднённая компонентом В.
Далее производится регенерация экстрагента из экстракта и рафината и экстрагент вновь возвращается на экстрагирование (повторный процесс).
Рассмотрим тройную систему А, В, С. Составы тройных смесей в состоянии равновесия изображаются на 3-х угольной диаграмме Гиббса.