Перегонка і ректифікація

За допомогою процесу перегонки багатокомпонентну рідку суміш розподіляють на фракції, що містять компоненти суміші в концентрованому вигляді. Ректифікацією називають процес багатократної перегонки, за допомогою якого з рідкої суміші вилучають незначні кількості небажаних домішок.

Переганяють і ректифікують суміші, що складаються з компонентів, які відрізняються своєю леткістю. Під час випаровування рідкої суміші окремі компоненти переходять у пароподібний стан інтенсивніше, завдяки чому їх вміст у паровій фазі більший, ніж у рідкій.

Одноразовим випаровуванням (простою перегонкою) вихідну суміш можна розділити на кілька фракцій, частина з яких міститиме більшу кількість легколеткого, ніж його було у вихідній суміші, інша частина – меншу.

Якщо випаровувати суміш (криву рівноваги її зображено лінією б на рис. 4.32, що містить х₂% легколеткого компонента, то після відведення і конденсації пари, яка утвориться, одержимо рідину (дистилят) з у₂% легколеткого компонента. У міру випаровування вихідної суміші вміст легко леткого компонента в ній, так само як і у дистиляті, поступово зменшуватиметься. Нехай кінцевий вміст його у випаровуваній рідині буде х₁, що відповідає дистиляту у₁. У результаті вихідна суміш буде поділеною на дві фракції з легколеткими компонентами х₁ і у (тут у – середнє між у₁ і у₂).

Відводячи дистилят у міру зміни вмісту в ньому легколеткого компонента в різні ємності, можна одержати фракції з різними значеннями у.

Дефлегмація. Якщо пару, що утворюється при одноразовому випаровуванні суміші, частково конденсувати у спеціальному теплообміннику, то у першу чергу конденсуватиметься важкокиплячий компонент. Лишок пари на виході з теплообмінника міститиме більше легколеткого компонента, ніж пара на вході в теплообмінник. Концентрація легколеткого компонента в парі зростатиме за рахунок її часткової конденсації (так званої дефлегмації). Конденсат, що утворюється в теплообміннику, називають флегмою, а теплообмінник - дефлегматором. Спрямовуючи решту пари, що лишилась після дефлегмації, в конденсатор, одержують дистилят, вміст легколеткого компонента в якому більший, ніж у дистиляті, що його одержують простою перегонкою тієї самої суміші без дефлегмації.

Принципи безперервної перегонки в апаратах сучасного типу. У сучасних колонних апаратах для перегонки (рис. 5) між дефлегматором і випарником є пристрій для контакту флегми з парою, яка йде з випарника. Оскільки при частковій конденсації пари в дефлегматорі 1 флегма завжди містить більше легколеткого компонента, ніж початкова суміш, то між парою, що піднімається з випарника, і флегмою відбувається масообмін. При цьому легколеткий компонент переходить з рідкої в парову фазу, а важколеткий — у зворотному напрямку, тобто система наближається до стану фазової рівноваги. Завдяки процесу масообміну пара надходить у дефлегматор збагаченою легколетким компонентом. Дистилят і флегма також збагачуються ним, а отже, підвищується вміст легколеткого компонента у парі, що надходить у дефлегматор, і т.д. Дистилят і флегма містять тим більше легколеткого компонента, чим більша площа і кращі умови контакту між парою і флегмою.

У дефлегматорі можна конденсувати всю пару, яка в нього надходить, розділяючи потім конденсат на флегму і дистилят. У цьому випадку в дефлегматорі не спостерігатиметься ефекту дефлегмації - підвищення вмісту легколеткого компонента у парі за рахунок її часткової конденсації, хоча збережеться основний процес масообміну на контактних пристроях, який супроводжується переходом легколеткого компонента з флегми у парову фазу. У колонному апараті початкову суміш М можна безперервно подавати в нижню 4 (кубову) частину апарата, а кубовий залишок К безперервно відводити. Це так звана концентраційна колона 3. В ній можна одержувати дистилят зі значним вмістом легколеткого компонента, хоча частина його потрапляє і в кубовий залишок. Щоб уникнути цього, апарати для перегонки обладнують так званою витяжною частиною, яка знаходиться нижче від точки введення вихідної суміші. Щоб забезпечити добрий контакт пари з флегмою і початковою сумішшю, апарати обладнують спеціальними контактними пристроями. На рис. 5, б зображено колонний апарат для перегонки з концентраційною 3 і видобувною 2 частинами, обладнаний так званим тарілчастими контактними пристроями 5 (тарілками). Початкова суміш, стікаючи разом з флегмою у кубкову частину 7, звільняється від легколеткого компонента за допомогою пари, що піднімається з кубової частини апарата, внаслідок чого кубовий залишок містить мінімальну кількість легколеткого компонента. У концентраційній частині пара, перебуваючи у контакті з флегмою, поступово рухаючись від тарілки живлення дефлегматора 4, збагачується легколетким компонентом і після дефлегмації і остаточної конденсації перетворюється на висококонцентрований дистилят.