<<
>>

Разделы учебной программы

Ректификация. Физические основы ректификационных процессов. Схемы установок для непрерывной и периодической ректификации бинарных и многокомпонентных смесей. Физико-химические основы процессов. Разделение смесей с близкими температурами кипения и азеотропных смесей. Ректификационные аппараты и установки. Особенности конструктивного оформления.

ИНФОРМАЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ

Полная рекуперация (ректификация) сводится к разделению двух неограниченно смешивающихся жидкостей с различными температурами кипения на чистые индивидуальные компоненты, а в системах, содержащих азеотропы, — к разделению на азеотропный раствор и один из компонентов.

Это достигается путем многократно повторяющихся процессов испарения и дробной конденсации образующихся паров неограниченно смешивающихся друг с другом жидкостей в сочетании с дефлегмацией. При ректификации многократно повторяются процессы тепло- и массо- обмена между жидкой и паровой фазами в результате стремления систем к равновесию. Низкокипящий компонент переходит из жидкой фазы в паровую, а менее летучий — из паровой фазы в жидкую.

Процесс ректификации легко понять с помощью диаграммы состав — свойства, показывающей зависимость состава и состояния смеси (жидкость, пар) от температуры (рис. 1.14). На диаграмме обычно строят две кривые, одна из которых связывает температуру с составом жидкой фазы (ACD— линия жидкости), а другая — с составом пара (ABD — линия пара).

Если нагреть водно-этаноловый раствор состава N, до температуры кипения t,, образуется пар, укрепленный низкокипящим компонентом, состава N3. После частичного испарения низкокипящего компонента из раствора N, в оставшейся части раствора повышается концентрация высококипящего компонента, его состав — N2. Этот раствор закипает при температуре t2 (t2 > t,).

Пар, находящийся в равновесии с этим раствором, имеет состав N4, он также богаче низкокипящим компонентом, чем исходный раствор N2. Остаток раствора обогащается высококипящим компонентом (водой) и температура его кипения повышается. В результате в остатке практически будет вода и температура ее кипения достигнет точки А(100°С при 760 мм рт.ст.).

Если пар состава N3 полностью сконденсировать и полученный конденсат довести до кипения при температуре t3, образующийся пар снова обогатится низкокипящим компонентом (состав N5). Продолжая конденсацию и испарение, можно в конце концов достигнуть того, что выделяющийся пар будет представлять собой практически чистый низкокипящий компонент или азеотропную смесь. Так, например, в случае ректификации водно-этаноловых растворов на конечном этапе получают азеотропную смесь, кипящую при температуре 78,15 °С и содержащую 97,18% или 95,7% (ш) этилового спирта.

На рис. 1.14 видно, что:

— температура кипения смесей ниже температуры кипения чистого высококипящего компонента (воды); при увеличении количества низкокипящего компонента в смеси температура кипения смеси понижается;

— при одной и той же температуре кипения жидкая и паровая фазы разделяемой смеси (за исключением азеотропной смеси), находящиеся в равновесном состоянии, имеют различный состав (при температуре t, — раствор состава N, и пар состава N3); низкокипящего компонента в парах больше, чем в растворе;

— при частичной конденсации паровой фазы (BE) температура конденсации флегмы (t) отлична от температуры конденсации пара (t4).

Линия ВВ, показывает различную степень конденсации паров — от нуля в точке Впри температуре ti до полной конденсации в точке В, при температуре t3.

Рис. 1.14. Диаграмма состояния смеси жидкость—пар

Процесс ректификации осуществляют в ректификационной установке, включающей ректификационную колонну, дефлегматор, конденсатор, подогреватель исходной смеси или куб, сборник ректификата. Дефлегматор — кожухотрубный теплообменник, в котором происходит конденсация части паров или всех паров, вышедших из колонны. Этот конденсат называется флегмой.

В ректификационных установках периодического действия начальную смесь (рекуперат) заливают в перегонный куб и нагревают через теплообменник до кипения. Образующийся пар поднимается вверх на укрепление легколетучим компонентом в колонну, которая орошается флегмой, стекающей сверху вниз. Поднимающийся пар на каждой ступени ректификационной колонны вступает в контакт со стекающей флегмой, между ними происходит теплообмен. Пар слегка охлаждается флегмой, часть его менее летучего компонента конденсируется в жидкость.

В свою очередь флегма нагревается за счет тепла, выделившегося при конденсации пара, и из нее в парообразную фазу переходит низкокипящий компонент. В результате тепло- и мас- сообмена опускающаяся вниз по колонне флегма постепенно обедняется этанолом. Жидкость, стекающая в испаритель, представляет собой высококипя- щий компонент — воду, а поднимающийся по колонне пар практически освобождается от воды.

На заключительном этапе пар может представлять собой нераздельно кипящую (азеотропную) смесь.

Ректификационные установки независимо от конструкции колонн бывают периодического и непрерывного действия. В установках периодического действия проводят ректификацию порции

рекуперата, в результате концентрация получаемого продукта падает по мере протекания процесса.

В ректификационных установках непрерывного действия питание колоны начальной смесью определенного состава и отвод готового продукта однородного и постоянного качества осуществляют непрерывно и с постоянной скоростью. В промышленности применяют насадочные и барботажные колонны периодического и непрерывного действия.

Насадочные колонны представляют собой цилиндрические аппараты, заполненные инертными телами — насадками, имеющими форму колец, шаров, дисков. Они служат для увеличения поверхности фазового контакта и перемешивания жидкой и паровой фаз. В барбо- тажных колоннах взаимодействие жидкости и пара происходит при барботировании пара через слой жидкости на тарелках (колпачковых или ситчатых).

<< | >>
Источник: Быков В.А. и др.. Фармацевтическая технология: руководство к лабораторным занятиям : учеб, пособие2009. 2009

Еще по теме Разделы учебной программы:

  1. Разделы учебной программы
  2. Разделы учебной программы
  3. Разделы учебной программы
  4. Разделы учебной программы
  5. ПРОГРАММА ЭВОЛЮЦИОННОГО РАЗВИТИЯ Вселенский Разум имеет программу эволюционного развития, которая заложена в нашем разуме на уровне подсознания.
  6. Третья программа
  7. Коллектив авторов. Введение в валеологию(учебное пособие)2017, 2017
  8. 6.9. РЕКОМЕНДАЦИИ К ПОСТРОЕНИЮ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ КОРРЕКЦИОННОЙ ПРОГРАММЫ
  9. 4.5. Развитие региональных программ модернизации здравоохранения
  10. 4.5. Развитие региональных программ модернизации здравоохранения
  11. Конкурсы и шоу-программы