Ректификация гетероазеотропных смесей

Жидкие смеси, состоящие из компонентов с ограниченной взаимной растворимостью и образующие в известных условиях гетероазеотропы, бывают двух видов: э в т е к т и ч е с к и е и не э в т е к т и ч е с к и е. К первому виду относятся смеси, у которых состав пара Уэ, равновесного сосуществующим жидким фазам Ха и Хb, находится в интервале Хa <Yэ <Хb (рис. 11-16, а). У смесей второго вида состав равновесного пара находится за пределами этого интервала, т. е. Yэ > Хa и Уэ > Хb. Так как в парах смесей второго типа концентрация низкокипящего компонента всегда больше, чем в равновесных жидких фазах, то разделение таких смесей возможно в обычной ректификационной колонне с подачей обеих жидких фаз на разные тарелки (рис. 11-16, б). При этом низкокипящий компонент отводится с дистиллятом, а вышекипящий — с кубовым остатком. Напомним, что температура кипения смесей второго типа находится в интервале между точками кипения их компонентов. Кривая равновесия имеет вид ОАВD (рис. 11-16, а). Рабочие линии строятся известным уже методом, но с учетом того, что количество стекающей флегмы изменяется дважды по высоте колонны: после ввода исходных смесей с концентрациями Х`b

и Хa.

Разделение смеси эвтектического типа в самом общем случае производится в двухколонной установке, принципиальная схема которой показана на рис. 11-16, в. Смеси данного типа расслаиваются в интервале концентраций от Хa до Хb(рис. 11-16, а), оставаясь гомогенными в пределах концентраций от 0 до Хa и от Хb до 1. Однако в первой из этих двух областей пар богаче, а во второй — беднее жидкой фазы низкокипящим компонентом, что и диктует необходимость установки двух колонн. Пары обеих колонн имеют, очевидно, одинаковую концентрацию низкокипящего компонента, равную в.пределе Yэ. Часть этих паров (дистиллятов) после конденсации возвращается в колонны на их орошение (возврат флегмы), а другая часть направляется в отстойник, где после охлаждения до требуемой температуры расслаивается. Нижний слой, более бедный низкокипящим компонентом, присоединяется к потоку исходной смеси состава Х1, поступающему в первую колонну. Верхний слой, более богатый низкокипящим компонентом, направляется во вторую колонну. Кубовые остатки, содержащие преимущественно высоко- и низкокипящий компоненты, отводятся соответственно из первой и второй колонн. Метод построения рабочих линий процесса и определения требуемых количеств теоретических тарелок остается тот же, как при обычной ректификации (рис. 11-16, а) применительно к эвтектической смеси.

а

б в

Рис. 11-16. Ректификация гетероазеотропных смесей:

а – диаграмма равновесия; б – схема установки для разделения неэвтектических смесей; в – схема установки для разделения эвтектической смеси.

Ректификация многокомпонентных смесей Принципиальные схемы ректификации смесей

Четкое разделение всей многокомпонентной смеси на практически чистые компоненты с меньшей затратой труда и энергии достигается при н е п р е р ы в н о й ректификации, осуществляемой с помощью ряда последовательно соединенных ректификационных колонн. Каждая колонна разделяет поступающую в нее смесь на дистиллят и кубовый остаток, резко различающиеся по составу. Так, например, в случае трехкомпонентной смеси (А, В и С, причем А – наиболее летучий) можно получить в первой колонне дистиллят, содержащий практически чистый компонент А, и кубовый остаток в виде бинарной смеси В + С. Последняя направляется во вторую колонну для получения практически чистых компонентов В и С (рис. 11-19, а). При помощи тех же двух колонн возможен также другой вариант процесса: отбор из первой колонны компонента С в виде кубового остатка и бинарной смеси А + В в виде дистиллята, разделяемого во второй колонне (рис. 11-19, б).

На рис. 11-19, б показаны возможные варианты разделения четырехкомпонентной смеси (А, В, С и D), одиноково требующие последовательного соединения трех колонн.

Как видно из рис. 11-19, в установках для разделения многокомпонентных смесей независимо от выбранного варианта всегда имеется по меньшей мере одна колонна для разделения бинарной смеси.

Рис. 11-19. Схемы установок для ректификации многокомпонентных смесей:

а – варианты ректификации трехкомпонентных смесей; б – варианты ректификации четырехкомпонентных смесей.