Лекция №20 Тема: Экстрактивная и азеотропная ректификация

Разделение компонентов с близкими температурами кипения, относительная летучесть ... которых близки к 1, сопряжено со значительными трудностями. Предельным случаем близкокипящих смесей является нераздельно кипящие или азеотропные смеси, для которых α=1. Чтобы разделить эти смеси нужно значительно изменять давление, что связано с усложнением и удорожанием установки или молекулярной дистилляцией, тоже довольно дорогим методом.

В ряде случаев более эффективны такие методы разделения азеотропньгх смесей, которые основаны на введении в разделяемую смесь добавочного компонента, так называемого разделяющего агента, обладающего избирательным действием.

При добавлении летучесть и коэффициент активности для низкокипящего компонента возрастает значительно больше, чем для ВКК, что и облегчает разделение смеси.

Применяя различные разделяющие агенты и подбирая их концентрацию, можно изменять в широких пределах относительные летучести компонентов исходной смеси и соответственно распределение ее компонентов между жидкостью и паром.

Проведение процессов ректификации в присутствии разделяющих агентов является общим признаком методов экстрактивной и азеотропной ректификации. Вместе с тем эти методы существенно отличаются друг от друга.

При азеотропной ректификации разделяющий агент образует азеотропную смесь с одним или несколькими компонентами исходной смеси, в виде которой он отгоняется из ректификационной колонны в качестве дистиллята.

При экстрактивной ректификации разделяющий агент должен обладать значительно меньшей относительной летучестью, чем компоненты исходной смеси, и не образовывать с ними азеотропиых смесей. Он отводится из колонны с кубовым остатком.

В схеме установки для экстрактивной ректификации исходную смесь, состоящую из компонентов А + В

А – Ткип. = 27,95° С

В - Ткип. = 31,2° С

подают на питательные тарелки колонны экстрактивной ректификации 211, которая орошается сверху специально подобранным разделяющим агентом С (ДМФА), менее летучим и соответственно более высококипящим (Ткип.=156° С), чем компоненты А иВ.

Компонент В (изоамилен) СН3-СН-СН=СН2 непредельный углеводород,

!

СНз

следовательно является полярным (заряженным) соединением. Растворитель С является также полярным соединением, т.к. в молекуле имеется двойная связь.

Компонент А изопентан является предельным углеводородом, следовательно он электронейтрален (не заряжен). Все электронные пары размещены равномерно.

При добавлении растворителя С к смеси А и В ДМФА будет хорошо растворять подобный себе полярный компонент В (изоамилен). В результате летучесть изоамилена снижается, Ткип. увеличивается. Поэтому ДМФА с изоамиленом уходят в куб и отводятся в виде остатка, а компонент А -изопентан будет уходить верхом колонны в чистом виде. Колонна 211 обогревается кипятильником 212. Пары изопентана сверху К-21,1 подаются в конденсатор 213, охлаждаемый водой. Пары конденсируются и стекают в емкость 214, откуда насосом 215 откачиваются на слад, а часть в виде флегмы возвращается на орошение К-211.

Смесь В + С (ДМФА + изоамилен) из куба К-211 насосом подается в колонну десорбции К-218, обогреваемую кипятильником 219. Разделение ДМФА и изоамилена происходит методом простой ректификации, т.к. интервал температур кипения между ДМФА и изоамиленом большой. Пары изоамиленов сверху К-218 подаются в конденсатор 220, охлаждаемый водой. Пары изоамиленов конденсируются и Стекают в емкость 221, откуда насосом 222 часть изоамиленов в виде флегмы возвращается на орошение колонны 218, а остальное откачивается на склад. ДМФА из куба К-218 подается на регенерацию от смол и затем возвращается на орошение К-211.

Экстрактивные растворители

Азеотропная ректификация

При азеотропной ректификации обычно используют разделяющий компонент С, который образует с одним из компонентов исходной смеси (А+В) азеотропную смесь, обладающей минимальной температурой кипения.

Следовательно, при азеотропной перегонке растворитель удаляется с дистиллятом.

Схема азеотропной перегонки для получения безводного этилового спирта из азеотропной смеси его с водой.

Дополнительным компонентом служит бензол, образующий с водой азеотропную смесь с более низкой Ткип. (69о С), чем Ткип. азеотропной смеси спирта с водой (78о С). Поэтому вся вода вместе с бензолом переходит в дистиллят, а в остатке получается безводный спирт.

Бензол отделяется от воды отстаиванием и возвращается в процесс. Если растворитель и отогнанный компонент взаимнорастворимы, то полученный при азеотропной перегонке дистиллят подвергают перегонке в отдельной колонне. При этом в остатке этой колонны получают компонент, в дистилляте - азеотропную смесь компонента и растворителя, которую возвращают в колонну азеотропной перегонке.

1- колонна азеотропной ректификации;

2- кипятильник;

3- конденсатор;

4- емкость;

5- отстойник;

6- смотровой фонарь;

7,8 - емкости;

9 - насос.