21.Сущность перегонки.Относительная летучесть компонентов.Законы Рауля и Дальтона.Превый закон Коновалова.

Перегонка (дистилляция и ректификация) – это частичное испарение жидкой смеси и последующая конденсация паров, осуществляемые однократно или многократно. Перегонка основана на различной летучести компонентов жидкой смеси при одинаковой температуре. В процессе перегонки жидкая смесь обедняется низкокипящим компонентом (НК), а паровая фаза обогащается им. Неиспарившаяся часть жидкой смеси – кубовый остаток, конденсат паровой фазы – дистиллят (ректификат). Кубовый остаток обогащается высококипящим компонентом (ВК). Простая дистилляция применяется лишь для грубого разделения смеси с высокой относительной летучестью компонентов. Относительная летучесть α – отношение летучестей компонентов:

, где Р_А и Р_В – давление насыщенных паров чистых компонентов.

Идеальные растворы подчиняются законам Рауля и Дальтона. По закону Рауля парциальное давление компонента А в паре р_А пропорционально мольной доле этого компонента х_А в растворе:

.

По закону Дальтона общее давление пара над раствором Р равно сумме парциальных давлений его компонентов:

.

Графически эти законы – диаграммой р-х (давление-состав):

Зависимость общего давления Р и парциальных давлений от мольной доли х_А (НК) – диаграмма р-х.

В расчетах обычно используют диаграммы t-x,y (p=const) и y-x (p=const).

Диаграмма t-x,y – зависимость температур кипения и конденсации от мольной доли НК в жидкой фазе х_А и в паровой фазе у_А. Диаграмма у-х отображает зависимость между равновесными концентрациями НК в жидкой фазе х_А и паровой у_А* фазах. Равновесная линия – выше диагонали, т.к. на осях координат – мольные доли НК. По первому закону Коновалова пар обогащается НК. При х=0,5; у*≈0,6.

22.Схема ректификационной установки. Укрепляющая и исчерпывающая части колонны. Влияние флегмового числа на показание ректификации.

Основной аппарат ректификационной установки – ректификационная колонна. 1 – ректификационная колонна, 2 – тарелка, 3 – кипятильник (дистилляционный куб), 4 – подогреватель питания, 5 – дефлегматор, 6 – конденсатор

Р ассматриваемая колонна – в непрерывном режиме. Кипятильник 3 может быть выносным или может располагаться прямо под колонной. Паровая фаза образуется при кипении части жидкости в кипятильнике. По составу это почти ВК. С верхней тарелки в дефлегматор 5 поступает почти НК. В дефлегматоре может конденсироваться или часть паров, или вся паровая фаза. Соответственно холодильник 6 служит или для конденсации оставшихся паров, или просто для охлаждения конденсата. Одна часть конденсата (флегма) подается на верхнюю тарелку колонны в виде орошения. Другая часть отбирается в виде готового продукта (дистиллят). Исходная смесь подается на тарелку питания, как правило, при температуре кипения за счет нагрева в подогревателе 4. Верхняя часть колонны (выше тарелки питания) – укрепляющая часть – пар укрепляется НК. Нижняя часть колонны (ниже тарелки питания) – исчерпывающая часть – из жидкости исчерпывается НК. Укрепляющая часть орошается только флегмой, исчерпывающая – суммой флегмы и питания. Часть жидкости после нижней тарелки отбирается в виде кубового остатка (готовый продукт).

Для разделения смеси требуется бесконечно большое число тарелок, т.е. высота колонны должна быть бесконечно большая. Чем меньше флегмовое число, тем меньше орошение и тем меньшее количество жидкости надо испарить и меньшее количество пара надо сконденсировать. Значит, при R = R_min производительность колонны максимальна, но качество разделения наихудшее. При этом диаметр колонны при заданной скорости жидкого потока минимальный. При R = ∞, т.е. когда G_D = 0, максимальна (при х = х_F). Рабочие линии совпадают с диагональю; высота колонны тоже минимальна.

При этом орошение и диаметр колонны максимальны, расходы теплоносителей тоже максимальны, производительность колонны минимальна, качество разделения наилучшее. Колонна работает на себя, без отбора дистиллята. От флегмового числа зависят размеры и производительность колонны и расходы теплоносителей. Капитальные затраты определяются размерами аппаратов, а эксплуатационные расходы – расходами теплоносителей и разделяемой смеси. Оптимальное флегмовое число отвечает минимуму суммарных затрат на ректификацию.