8. Ректификация. Ректификационная колонна.
Ректификация – процесс разделения и очистки, проводимый и противоточно, где операции дистилляции и конденсации многократно повторяется. Аппарат называется ректификационная колона.
Дистилляция сожжет успешно разделит 2 компонента жид. смеси без азиотропов, если Т их кипения отличается больше, чем на 50˚С.
Ректификация – с разностью 0,5˚С. Прооизвод. процесс, непрерывный и без потерь. Очищают SiCl4, TiCl4, GeCl4 т.д.
1-котел; 2- нагреватель; 3- колонна; 4 –конденсатор.
3 имеет ряд горизонтальных полок (тарелок 5). Раствор подлежащий очистки предварительно подогревают и подают через кран 6 на одну из средних тарелок. Раствор стекает через перелив по трубкам 7 на тарелку, расположен ниже. Через патрубки 8 происходит пробулькивание, поднимается вверх паров. Колпачки на 8 способствуют хорошему контакту пара с раствором на тарелках. Вдоль колонны установлены дополнительные нагреватели для создания градиента Т от max в кубе в min в конденсаторе. В результате из верхней части колонны выходят пары чистого более летучего компонента, а в куб стекает жидкость – менее чистый компонент. Пары, которые поступают в 4 конденсируются, причем часть конденсата возвращается в колонну через 10 к колону (флегма) для обеспечения нормальной работы верхней части. Отбор продукта из конденсатора проводят через кран 11, а из кубы -9. Тарелочные ректификационные колонны различаются по конструкции тарелок, по способу подачи раствора и способу отбора продукта. Существуют колонны без тарелок, которые оборудованы металлами и ли керамическими кольцами внутри которых имеют большую поверхность соприкосновения стекающего раствора и поднимания паров. Чем длиннее колонна и чем интенсивнее массообмен и теплообмен, тем больше эффективность разделения и очистки.
9. Очистка веществ с помощью химических-транспортных реакций.
ХТР – обратимые, гетерогенные реакции с участием газовой фазы, с образованием промежуточных газообразующих продуктов, которые осуществляют перенос (транспорт) вещества между 2-я реакциями зонами с различными давлениями и температурами.
Чаще всего используется разность Т.
Метод используется, когда нельзя разделить материалы из-за недостаточной упругости их паров. Следовательно, основное вещество переводят в более летучие хим. соединения, чем остальные примеси. Это дает возможность получить чистый продукт после разложения этого соединения. В общем виде ХТР представляет:
mА(т,ж)+nВ(г)
рС(г)
где: А –очищенное вещество; В – газообразующий реагент, который образует с А летучее соединения С.
Направление это реакции задается разность Т между зонами в реакторе. В результате происходит транспорт вещества из 1 части реактора в 2. Эффективность процесса определяется:
Если
мало, то направление определяется знаком
.
При экзотермической реакции перенос
осуществляется от низкой к высокой Т,
а при изотермической – наоборот.
Если
при (+) значение
изменяется
имеет большое (+) - значение и определяет
знак
,
то пренос будет в область низких Т. Если
большая (-) – величина, - то в область
высоких Т.
Классификация ХТР Беляева:
1.эндотермическая обратимая реакция с вытеснением (восстановление) транспортного элемента из парообразующего соединения к более активным элементам.
Т1
А(т,ж)+А'Х(г) АХ(г)+А'(г) (Т1 Т2)
Т2
А
– малолетучае транспортное вещество;
А
Х
– соединение более активного элемента;
Т1
Т2
–
Т рабочих зон реактора.
Например: (метод очистки титана): Ti(ТВ)+4 NaCl(г) TiCl4(г)+4Na(г)
2.Реакция образования соединений пониженной валентности (субсоединение) с их последующим диспропорционированием.
Т1
А(т,ж)+АХ(г) А2Х(г)
Т2
Например: 2Al(ж)+AlCl3(г) 3AlCl(г)
Х-элемент, образующий субсоединение с очищаемым веществом А.
3.реакция синтеза и термической диссоциации летучих соединений Т2 Т1
Т1
А(т,ж)+nX(г) АХn(г) (Т2 Т1)
Т2
Например:
Процесс ХТР состоит из 3-х этапов:
1. гетерогенная реакция газообразующего реагента с веществом источника.
2. перемещение газообразующего соединения от источника к зоне осаждения.
3. гетерогенная реакция выделения переносимого вещества.
Лимитирующая стадия – любая из этих трех. Чаще всего 2.
Для оценки степени очистки путем ХТР используют равновесный коэффициент разделения Кр – отношение относительной концентрации примеси в продукте к отношению концентрации примеси в исходном веществе.
Кр=(N*/(1-N*)) / (N/1-N)
N*/(1-N*) - продукт; N/1-N – исходное вещество.
Чем меньше Кр отличается от 1, тем меньше эффективное разделение. Если Кр =1, то разделение нет.
ХТР различают:
1. по характеру осуществления
2. по направлению транспорта перегоняемого вещества
3. по способу выделяемого перегоняемого элемента из соединения переносчика
4. по способу транспортировки (молекулярная и конвективная диффузия)
5. по форме процесса (замкнутая или разомкнутая).
ХТР – одноступенчатый процесс разделения. Эффективен лишь при очистки веществ от тех примесей, которые отличаются свойствами от основного вещества.