Ректификационные колонны

Дистилляция – это процесс разделения смеси с полной конденсацией паров.

Ректификация – это процесс разделения смеси с частичной, многократной конденсацией образующихся паров.

Принцип разделения смесей основан на том, что при кипении смеси образуются пары, в которых концентрация низкокипящего компонента больше, чем в исходной смеси.

Физико-химические свойства смесей.

Из 2-х компонентов бинарных смесей один является низкокипящим (летучим), второй – высококипящим (нелетучим).

Все смеси делят на 3 группы:

1. Смеси с взаимно-нерастворимыми компонентами;

2. Смеси с взаимно-растворимыми компонентами;

3. Смеси с частично-растворимыми компонентами.

Рекомендуемые материалы

К 1-ой группе относятся бензол-вода, ртуть-вода. Эти смеси подчиняются закону Дальтона: давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений составляющих смесь.

Например: Смесь (Бензол-Вода).

Парциальное давление воды 225 мм рт.ст.

Парциальное давление бензола 535 мм рт.ст.

§ Парциальное давление не зависит от содержания составляющих в жидкой фазе;

§ Температура кипения смеси меньше температуры кипения летучего компонента;

§ Температура смеси не зависит от содержания летучего компонента в этой смеси.

Рассмотрим пары, занимающие объём смеси и имеющие температуру смеси:

Бензол – ,

Вода – , где

, тогда .

Вывод: в парах на каждый килограмм воды приходится около 10 кг бензола.

Чем выше давление, тем выше количество компонентов в парах.

Обычно для расчётов процесса разделения смеси используется метод диаграмм. Одной из таких диаграмм – является диаграмма равновесия. Она показывает соотношение между количеством летучего компонента в парах (у) и в жидкости (х).

Содержание летучего компонента в жидкости не оказывает влияния на его содержание в парах.

т.а – азиотропическая точка, она соответствует концентрации летучего компонента одинаково и для паров и для жидкой фазы.

2-ая группа: спирт-вода. Смеси этого типа подчиняются закону Рауля: парциальное давление пара каждого компонента в паровой фазе над кипящей смесью равно давлению насыщенного пара этого компонента кипящего в чистом виде и при той же температуре, умноженную на молекулярную долю данного компонента в жидкой фазе.

Молекулярная доля – это отношение числа молей компонента к числу молей смеси:  и , где

а – летучий компонент;

в – нелетучий компонент;

 и  – молекулярная масса летучего и нелетучего компонентов;

а и в –весовое содержание компонента в смеси.

Из закона Рауля   и .

  , тогда .

Рекомендуем посмотреть лекцию "12 Маршрут Исхода".

 Для расчёта процесса ректификации используется фазовая диаграмма.

т.1 – соответствует жидкой фазе;

т.2 – начало процесса кипения;

т.3 – соответствует влажному насыщенному пару до т.4;

т.4 – после неё – перегретый пар.

3-я группа: фенол-вода.