9. Ректификация.

Дистилляция может успешно разделить два компонента жидкой смеси (не образующих азеотропных смесей), если температуры их кипения отличаются больше чем на 50 єС. Ректификация же позволяет отделить один от другого компоненты с весьма близкими температурами кипения – с разностью между ними всего лишь в 0,5 єС, а в отдельных случаях – до 0,05 єС.

Вместе с этим, ректификация является одним из наиболее производительных процессов разделения. Кроме того, она сравнительно несложна, аппаратура ее компактна, процесс непрерывен, почти полностью отсутствуют потери.

Ректификация используется для очистки SiHCl₃ SiCl₄, GeCl₄, SiH₄, TiCl₄, CCl₄, AlCl₃, SbCl₃, BВr₃, серы, фосфора и др.

На рис. 2.6 представлена принципиальная схема ректификационной установки. Основными частями установки являются куб (котел) 1, снабженный нагревателем 2, ректификационная колонна 3 и конденсатор 4.

Ректификационная колонна имеет ряд горизонтальных полок (тарелок) 5. Раствор, подлежащий ректификации и предварительно подогретый, подается через кран 6 на одну из средних тарелок, заполняет ее и стекает через перелив по трубе 7 на тарелку, расположенную ниже. Через патрубки 8 происходит пробулькивание поднимающихся снизу вверх паров. Колпачки на патрубках способствуют обеспечению хорошего контакта пара с раствором на тарелках. С помощью дополнительных нагревателей вдоль колонны задается градиент температуры от наивысшей в кубе до наинизшей в конденсаторе, который обеспечивает противоток пара и раствора и непрерывный массо- и теплообмен между ними. В результате этого из верхней части колонны выходят пары, представляющие собой чистый, более летучий компонент, а в куб стекает жидкость, представляющая собой чистый, менее летучий компонент. Поступающие в конденсатор 4 пары более летучего компонента конденсируются, причем часть конденсата, называемого флегмой, подается через трубу 10 на верхнюю тарелку колонны для обеспечения нормальной работы верхней части ее. Отбор продуктов из конденсатора и куба производится через краны 11 и 9 соответственно.

Существуют колонны без тарелок с насадками в виде спиралей, колец или других тел с большой поверхностью соприкосновения раствора с паром. Ректификация позволяет достичь содержания примесей менее 10^–5 – 10^–7 %.

Рис. 2.6. Схема ректификационной колонны

Очистка с помощью химических газотранспортных реакций. Химическими транспортными реакциями называют обратимые гетерогенные реакции с участием газовой фазы, приводящие к образованию промежуточных газообразных продуктов, с помощью которых можно осуществить транспорт вещества между двумя реакционными зонами с различными давлениями и температурами. Обычно используют системы с разностью температур.

Уравнение транспортной реакции

тА_(тж) + пВ_(г) ↔ рС_(г), (2.13)

где А – очищаемое вещество (в твердой или жидкой фазе); В – газообразный реагент, образующий с компонентом А газообразное промежуточное соединение С.

Например, обработка кремния тетрахлоридом при Т₁ = 1300 єС приводит к образованию промежуточного газообразного соединения SiCl₂:

,

которое переносится в холодный конец реактора, где при температуре Т₂ = 1100 єС выделяется кремний по реакции

.

Приведенные реакции являются обратимыми и могут быть записаны как

.

По внешним признакам очистка похожа на процессы сублимации и дистилляции. Принципиальное отличие в том, что перенос вещества осуществляется не за счет транспорта собственных паров, а за счет паров более летучих промежуточных соединений. Иногда для переноса используют инертный газ.