Процесс перегонки жидкостей. Ректификация

Лабораторная работа №2

по курсу «Процессы и аппараты защиты окружающей среды»

для студентов 4 курса направления 280200 – Защита окружающей среды

Тема: «Процесс перегонки жидкостей. Ректификация»

I. Общие сведения

Перегонка — процесс, широко используемый современной промышленностью.

Процесс перегонки применяется для разделения смеси двух или большего числа летучих жидких компонентов. Разделение основано на различной летучести компонентов. Различие в летучести является следствием различной упругости паров компонентов смеси при одной и той же температуре. Чем больше упругость паров компонента, тем более летучим он является и в большем относительном количестве переходит в паровую фазу. При перегонке разделяемые компоненты летучи. Поэтому все они в той или иной мере переходят из жидкой фазы в парообразную. Однако вследствие различной летучести они переходят в паровую фазу в других процентных соотношениях, чем компоненты в жидкой фазе. Поэтому паровая фаза богаче более летучим компонентом, чем жидкая фаза. На этом и основывается разделение смесей при помощи перегонки.

Жидкость, полученная в результате конденсации паров и обогащенная более летучим компонентом, называется дистиллятом, а неиспарившаяся часть жидкости, содержащая больше труднолетучего компонента, - кубовым остатком.

Различают следующие виды перегонки:

1. Простая перегонка — производится в кубовом аппарате без укрепляющих пары элементов. Образующиеся в кубе 1 пары обогащаются более летучим (нижекипящим) компонентом, отводятся из куба и конденсируются в конденсаторе 2 (рис. 1, а).

Такой кубовый аппарат может быть снабжен дефлегматором 3, т. е. вспомогательным аппаратом, в котором пары, образовавшиеся в кубе, частично конденсируются и возвращаются в куб (рис. 1, б). Процесс дефлегмации способствует увеличению содержания в парах нижекипящего компонента.

В процессе простой перегонки нельзя получить чистые компоненты разделяемой смеси. Этот метод позволяет получить более или менее чистые компоненты только при многократной перегонке. Однако этот процесс длительный и дорогостоящий. Более рационально вопрос решается при помощи сложной перегонки или ректификации.

2. Ректификация может быть проведена периодически (рис. 1, в) или непрерывно (рис. 1, г). В том и другом случае необходимым элементом аппарата является контактная колонна 2 и дефлегматор 3.

Назначение дефлегматора — снабжать колонну потоком жидкости, содержащим разделяемые компоненты. Эта жидкость носит название флегмы. Флегма, стекая вниз, в колонне взаимодействует с паровым потоком, поднимающимся из кубовой части аппарата. Задача контактной колонны заключается в том, чтобы привести в возможно более тесный контакт паровую и жидкую фазы. В процесс контактирования происходит массообмен между фазами, в результате которого паровая фаза обогащается нижекипящим компонентом, а жидкая фаза — вышекипящим компонентом.

Процесс ректификации является массообменным процессом, протекающим в колонном контактном аппарате. В этом аппарате происходит двусторонний обмен между противоточно движущимися парами и жидкостью, содержащими разделяемые компоненты.

На рис. 2, кроме того, помещен процесс однократного испарения. Этот своеобразный процесс заключается в том, что сложная смесь, содержащая летучие компоненты, частично превращается в пар без выделения паровой фазы в теплообменнике 1 (рис. 1, д). Затем паро-жидкая эмульсия выбрасывается в испаритель 2, где происходит процесс однократного испарения. В результате происходит выделение паровой фазы, обогащенной нижекипящим компонентом. Этот процесс обычно комбинируется с процессом последующей ректификации.

Процесс однократного испарения получил широкое применение в нефтяной промышленности.

Из всех процессов перегонки в современной промышленности наибольшее значение имеет процесс сложной перегонки или ректификации.

Перегонка и ректификация широко применяется в нефтеперерабатывающей, пищевой, коксо- и лесохимической промышленности, для разделения смесей двух и более жидкостей в процессах связанных с очисткой сточных вод, с регенерацией шламов после очистки атмосферного воздуха от загрязнений и т. п. Путем ректификации получают этиловый, метиловый и другие спирты, входящие в состав растворителей связующих, смол, лаков.

Рис. 2. Виды перегонки.

Физико-химические основы расчета

В теории и практике ректификации объектом исследований являются двухфазные системы, состоящие из двух или большего числа компонентов. При определении состава фаз его выражают в весовых процентах, в молекулярных процентах или в молярных долях. Если речь идет о бинарной смеси, содержащей два компонента, то один из них именуется нижекипящим компонентом (н. к.) и является более летучим, другой - вышекипящим компонентом (в. к.) и является менее летучим. Принятые в дальнейшем изложении обозначения состава фаз представлены в табл. 1.

Таблица 1

Учение о фазовом равновесии

Основой теории и расчета ректификационных аппаратов является учение о фазовом равновесии. В процессе ректификации имеется двухфазная система, состоящая из паровой и жидкой фаз. Рассматриваемые системы могут содержать два и более компонента, разделение которых является целью процесса ректификации.