![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Общие сведения. Простая перегонка
В химической технологам широко применяют разнообразные методы разделения жидких однородных смесей, основанные на неодинаковой летучести компонентов, т. е. на различии составов жидкости и образующегося над ней пара. Разделяют смеси с разной взаимной растворимостью компонентов. Двойные смеси обычно называют бинарными, а смеси, содержащие несколько компонентов, — многокомпонентными. Бинарные смеси могут состоять из взаимно растворимых, частично растворимых и нерастворимых жидкостей. Для упрощения будем рассматривать процессы разделения смесей, состоящих из двух компонентов. Компонент, который имеет более низкую температуру кипения, называется низкокипящим или легколетучим. Компонент с более высокой температурой кипения называется высококипящим или труднолетучим. Процесс частичного испарения жидкой смеси и получения пара, при конденсации которого образуется жидкость нового состава — дистиллят, называется перегонкой или дистилляцией. Дистиллят содержит больше летучего компонента, чем исходная жидкость. Неиспарившаяся часть жидкости носит название кубового остатка. Процесс перегонки применим в том случае, когда не требуется полного разделения компонентов. Его применяют для грубого разделения смесей или предварительной очистки продуктов от нежелательных примесей. Перегонка основана на различии температур кипения, парциальных давлений и летучести отдельных веществ, входящих в состав смеси. Более летучим в процессе испарения является компонент с пониженной температурой кипения. Многократное чередование процессов испарения и конденсации с целью разделения смеси на чистые компоненты (при использовании теплоты конденсации паров для испарения соответствующего количества жидкости) называют ректификацией. Процесс ректификации проводят при противотоке жидкости и пара, причем пар, поднимаясь вверх по колонне, контактирует со стекающей жидкостью и непрерывно обогащается низкокипящим (легколетучим) компонентом, а жидкость — высококипящим (труднолетучим). Сконденсированные пары, которые отводятся из верхней части колонны, состоят в основном из низкокипящего компонента и называются дистиллятом. Жидкость, удаляемая из нижней части колонны (кубовой остаток), по составу близка к чистому высококипящему компоненту. Ректификацией может быть достигнута любая заданная степень разделения жидких смесей. Равновесие процессов перегонки и ректификации подчиняется законам академика Д. П. Коновалова. Первый закон Коновалова определяет качественный состав паровой фазы по отношению к составу жидкой фазы: пар, находящийся в равновесии с раствором, всегда содержит в избытке тот компонент, прибавление которого к раствору понижает его температуру кипения. Второй закон Коновалова служит для установления состава нераздельно кипящих смесей (называемых азеотропными): в экстремумах значений давления пара (или температуры кипения) смесей составы жидкой и паровой фаз совпадают. На практике часто приходится иметь дело с нераздельно кипящими смесями, например азеотропной смесью этилового спирта с водой, содержащей около 96% (по массе) С2Н5ОН. При нормальном давлении в этой системе с массовой долей спирта в жидкости, составляющей 96 %, пар также будет содержать 96 % спирта. При более высокой концентрации спирта данную систему нельзя разделить на индивидуальные компоненты методом обычной перегонки и ректификации. Для описания условий равновесия разделяемых бинарных смесей используют три вида диаграмм: • зависимости давления пара от состава жидкости • зависимости температуры кипения смеси от состава жидкости и пара • зависимости состава пара от состава жидкости у Идеальные смеси подчиняются закону Рауля, согласно которому парциальное давление компонента в парах над жидкостью равно давлению пара чистого компонента, умноженному на его мольную долю в жидкости: где Общее давление П в соответствии с законом Дальтона На рис. 19.1 представлены изотермы парциальных давлений компонентов и общего давления для идеальных растворов в зависимости от состава х жидкой фазы. На рис. 19.2 приведены зависимости температуры кипения и конденсации от состава фаз. При использовании диаграммы из
![]() ![]() точки Для определения соотношения между составами жидкости и находящегося в равновесии с ней пара пользуются диаграммой равновесия пар — жидкость (рис. 19.3). Общее давление существенно влияет на равновесные составы. С увеличением давления кривая равновесия становится менее выпуклой, т. е. приближается к диагонали квадрата (штриховая линия на рис. 19.3). Разделить смесь тем труднее, чем ближе кривая
![]() Рис. 19.4. Схема установки для простой перегонки: 1 — перегонный куб; 2 — конденсатор-холодильник; 3 — смотровой фонарь; 4—6 — сборники дистиллята Простая перегонка используется для очистки веществ от малолетучих и нелетучих примесей, а также в случаях, когда к составу продукта, получаемого в виде дистиллята, не предъявляется строгих требований (различие составов жидкой и паровой фаз достаточно велико). Процесс однократного испарения применяется в технологии переработки нефти. На рис. 19.4 представлена схема установки для простой перегонки, работающей в периодическом режиме. Исходную смесь загружают в перегонный куб 1, снабженный змеевиком для обогрева, и доводят до кипения. Пары направляют в конденсатор-холодильник 2, дистиллят поступает в сборник 4. По окончании процесса остаток сливают из куба и в него вновь загружают разделяемую смесь. Если требуется получить несколько фракций дистиллята с различным содержанием низкокипящего компонента, то устанавливают несколько сборников 4— 6. Простая перегонка в этом случае называется фракционированной дистилляцией.
|