Способ разделения азеотропной смеси
СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ АЗЕОТРОПНОЙ СМЕСИ, состоящей из компонентов, обладающих различными коэффициентами молекулярной диффузии, путем ее контактирования с разделяющим агентом , отличающийся тем, что, с целью повышения чистоты продуктов , в качестве разделяетцего агента используют поток газа,даертного по отношению к компонентам разделяемой смеси. 00 4; а:
РЕСПУБЛИК (19) (11) 315)) В 01 Р 3/36; С 07 С 29 82
Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ОСУДАРСТ ЕКК1 )Й КОМ ЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3434101/23-04 (22) 20.05.82 (46) 23.04.84 Бюл,)) 15 (72) В.A.Ëîòõoí, И.В.Ланда, В.A.Èàлюсов, Н.И.Соколов и A.À.Ëàðèîíîâà (71) Государственный научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений и Институт общей и неорганической химии им.Н.С.Курнакова .(53) 547.268(088.8,) (56) 1.Светославский В.В.,Азеотропия и полиазеотропия. N., «Химия», 1968, с.204.
2. Коган В.Б. Аэеотропная и экстрактивная ректификация. Л., «Химия», 1971, с.35 (прототип).
3. Патент Англии )) 1576787, кл. В 1 В, 1978.
4. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М., «Наука», 1972, с.632.
5. Рид P. и Шервуд T. Свойства гаэов и жидкостей. Л., «.Химия», 1971, с.561.
6. Перри Дж. Справочник инженерахимика ° Л., «Химия», 1969, с ° 406;. (54)(57) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ АЗЕОТРОПНОР СМЕСИ, состоя@ей иэ компонентов, обладающих различными коэффициентами молекулярной диффуэии, путем ее контактирования с разделяющим агентом, о т л и ч а ю щ и и с..я тем, что, с целью повышения чистоты продуктов, в качестве разделяющего агента используют поток газа, )нертного по отношению к компонентам разделяемой смеси.
Изобретение относится к способу разделения азеотропных смесей и может быть использовано в химической, нефтехимической и смежных с ними областях промышленности.
В практике часто приходится сталкиваться с задачами разделения сложных смесей, компоненты которых образуют азеотропы.
Известен способ разделения азеотропных смесей под разными давлениями, в котором бинарную смесь, компоненты которой образуют азеотроп,разделяют на индивидуальные компоненты на двух ректификационных колоннах, работающих при различных давлениях. 15
Этот способ основан на известном свойстве изменения состава азеотропа при изменении давления (1j .
Однако использование этого способа ограничено; В частности, его нельзя применить для разделения смесей, в которых состав азеотропа практически не меняется при изменении давления, либо в тех случаях, когда существенное изменение состава аэеотропа наблюдается в технологически неприемлимом диапазоне давления. Например, когда одна из колонн должна работать при глубоком вакууме, при котором конденсация верхнего продукта требует применения специальных хладагентов, что приводит к усложнению и удорожанию способа, либо когда одна из колонн должна работать при повышенном давлении, а компоненты разделяемой смеси являются термо- 35 лабильными в этих условиях.
Наиболее близким по технической сущности. к предложенному является способ разделения, основанный на применении разделяющих агентов, вводимых1О в разделяемую смесь — метод азеотропной ректификациы. Действие разделяющих агентов заключается в изменении соотношений компонентов между паровой и жидкой фазами (2) .
Однако этот способ характеризуется следующими недостатками. загрязнение компонентов разделяемой смеси азеотропным агентом, который может оказаться сильнейшим ядом для последующих каталитических процессов или резко ухудшить качество продукта, усложнение технологического процесса за счет необходимости регенерации разделяющего агента как из кубовой жидкости, так и из дистиллята, сложность подбора разделяющегб агента, способного изменить относительную летучесть компонентов разделяемой смеси.
На фиг.1 и 2 приведена технологическая схема (на которой в соответ65 ствии с данным способом осуществляют
Известны способы разделения смесей спиртов .(этилового, пропилового, бутилового) с водой. Для смеси этанол-вода в качестве азеотропного агента рекомендуются гексан, циклогексан, гептан или нонан, а для смеси пропанол-вода применяют четыреххлористый углерод, тетрахлорэтилен, бензол, толуол или гексан 13) .
Пелью изобретения является lloBhlшение чистоты конечных продуктов за счет исключения загрязнения их азеотропным агентом и обеспечение уни— версальности способа разделения азеотропных смесей.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу разделения азеотропной смеси, состоящему из компонентов, обладающих различными коэффициентами молекулярной диффузии, путем ее контактирования с разделяющим агентом, в качестве разделяющего агента используют поток газа, инертного по отношению к компонентам разделяемой смеси.
Следует отметить, что в представленном процессе движущей силой является разность в коэффициентах молекулярной диффузии компонентов разделяемой смеси. В результате этого происходит предпочтительный переход в газовую фазу того компонента, у которого более BbIcoKrfA коэффициент молеку- лярной диффузии. Жидкая фаза обогащается компонентом с более низким коэффициентом диффузии. Таким образом, происходит изменение состава азеотропной смеси. Степень извлечения компонентов слабо зависит от скорости газа, если последний изменяется в пределах от 1 до 3 м/с, т.е, в пределах, когда поток газа не оказывает существенного воздействия на поток жидкости и их течения можно рассматривать раздельными. При скоростях газа ниже 1 м/с может наблю-, ! .даться равновесное испарение смеси и селективность процесса может измениться. Следует отметить, что в поток инертного газа частично переходит и компонент с меньшим коэффициентом молекулярной диффузии.
Из инертного газа, насыщенного преимущественно компонентом с большим коэффициентом молекулярной диффузии, жидкие компоненть1 регененируются любым из известных способов (абсорбция, конденсация, адсорбция и др.). Иэ полученной при этом жидкой смеси, также как и из жидкой фазы пленочной колонны на двух ректификационных колоннах выделяют индивидуальные компоненты в виде товарных продуктов.
Таким образом, разделение бинарной азеотропной смеси осуществляют в гетерогенном комплексе, включающем пленочную колонну, две ректификационные колонны и аппарат для извлечения компонентов иэ потока инертного газа.
1087146 разделение бинарной смеси AB с положительным азеотропом), на Фиг.3 схема экспериментальной установки по разделению азеотропной смеси.
В ректификационнуи колонну 1 подают смесь АВ, состав которой обеднен (обогащен) компонентом А по сравнению со смесью азеотропного состава. Для осуществления способа компонент В должен обладать большим (меньшим) коэффициентом молекулярной диффузии, 1р чем компонент А..В виде кубового продукта получают компонент В(А,в виде верхнего продукта — смесь АВ аэеотропного состава, которую направляют в пленочную колонну 2. В нижнюю часть этой колонны подают инертный газ. Из жидкой Фазы пленочной колонны 2 на колонне 3 выделяют в чистом виде компонент A (В). Инертный гаэ, насыщенный преимущественно комцо- 2р нентом В(А), подают в аппарат 4, в котором происходит выделение жидких продуктов, возвращаемых в колонну 1.
Разделение бинарной смеси AB c отрицательным азеотропом осуществляют в соответствии с данным методом по схеме, приведенной на фиг.2. Из исходной смеси, обогащенной (обедненной) компонентом В по сравнению с азеотропным составом, на колонне 1 выделяют в виде верхнего товарного продукта компонент В(А) . Кубовый продукт, представляющий собой смесь азеотропного состава, направляют в пленочную колонну 2. Для осуществления данного способа коэффициент мо- 35 лекулярной диффузии компонента В должен быть больше (меньше) коэффициента молекулярной дйффузии компонента А. Из жидкой фазы пленочной колонны 2 на ректификационной колон- 4р не 3 выделяют в чистом виде компонент А(В). Инертный газ, насыщенный компонентом B(A), направляют в аппарат 4, откуда жидкая смесь компонентов AB рециркулирует в колоннУ 1. 45
Эффективность и четкость разделения по данному способу зависит от соотношения коэффициентов молекуляр- ной диффузии компонентов разделяемой смеси и относительной летучести.
Чем больше это соотношение отличается от единицы, тем выше эффективнооть процесса. Применение способа является целесообразным при соотношении коэффициентов диффузии больше 1,4 (нижний предел). Верхнее предельное значение этого соотношения является несущественным.
Воэможности данного способа проиллюстрированы на шести примерах разделения различных азеотропных смесей в интервале изменения отношений коэффициентов молекулярной диффузии от 1,43 до 2,97. Полученные результаты представлены в таблице.
II р и м е р 1. Разделяемую смесь иэопропиловий спирт (А) — вода (В) загружают в сосуд 1 в количестве
И = 210 см . Из сосуда 1 шестиренчатым насосом разделяемую смесь подают через ротаметр 2 в ороситель 3 пленочной колонны 4, из которого она поступает в колонну в виде тонкой пленки со скоростью L = 5,76 л/ч.
Газ,в качестве которого используют азот(С), подают из баллона но линии 5 через ротаметр 6 со скоростью
0 = 345,6 л/ч. Через определенные промежутки времени замеряют количество жидкости и концентрацию компонента A разделяемой смеси в сосуде 1. !
Коэффициент молекулярной диффузии изопропилового спирта в азоте
РА = 0,088 см /с, коэффициент моле кулярной диффузии воды в азоте Dgy = — 0,22 см /с. Значения коэффициентов молекулярной диффузии можно определить по справочным данным или рассчитать по уравнениям P4) — (6). Концентрация изопропилового спирта в разделяемой смеси Хд — 0,626 мод.доли.
Изменение концентрации изопропанола
Х> в смеси, заливаемой в емкость, от ее относительного количества н /М показано в таблице.
Условия проведения эксперимента, т.е. расходы газа и жидкости в примера> 2-6 те же, что и в примере 1.
Пример 2. Разделяют смесь вторичный бутиловый спирт (А) вода (В). Концентрация вторичного бутилового спирта в разделяемой смеси Х = 0,82 мол.доли. Коэффициент молекулярной диффузии вторичного бутилового спирта в азоте 0 д =
= 0,076 см /с, коэффициент молеку2 лярной диффузии воды в азоте 0
Tl р и м е р 3. Разделяют смесь этилацетат (A) — вода (В). Концентрация этилацетата в смеси ХА»
= 0,69 мол.доли. Коэффициент молекулярной диффузии этилацетата в азоте
Dgg = 0,074 cM /с, коэффициент молекулярной диффузии воды в азоте D
Пример 4. Разделяют смесь этилацетат (А) — этанол (Г) с концентрацией этилацетата Х
0,54 мол.доли. Коэффициент молекулярной дифФузии этилацетата в азоте Dg = 0,074 см /c, коэффициент диффузии этанола в азоте DSc
Р р и м е р 5. Разделяют смесь четыреххлористый углерод (A) — метанол (В). Концейтрация метанола в смеси Х = 0,45 мол.доли. Коэффициент молекулярной диффузии метанола в азоте D c = 0.,147 см /с, коэффициент молекулярной диффузии четыреххлористого углерода в азоте D>
Пример 6. Разделяют смесь четыреххлористый углерод (А)- этанол(В). Концентрация четь.реххлористого углерода в смеси Х о равна
0,615 мол.доли. Коэффициент молекулярной диффузии четыреххлористого углерода в азоте D> = 0,0819 см /с, коэффициент молекулярной диффузии этанола в азоте D 0,117 см /с.
В таблице показано изменение концентрации компонента А в азеотропной смеси, заливаемой в емкость 1, от ее первоначального количества
N /N, отношения коэффициентов молекулярной диффузии, а также степень извлечения. Степень извлечения опре10 делялась как отношение количества фактически поглощенного компонента к количеству, поглощаемому при полном извлечении.
Данные опытов, содержащиеся в
15 таблице, показывают, что смеси азеотропного состава могут бить разделены в процессе контакта с инертным газом. Этот способ позволяет получать смесь, которую затем легко разделить обычной ректификацией.
Использование предлагаемого способа разделения азеотропных смесей обеспечивает по сравнению с известными способами следующие преимущества:позволяет разделять аэеотропные смеси, для которых другие способы могут оказаться неприемлимыми, возможность получения веществ без загрязнения азеотропным агентом и примесями, содержащимися в нем, т.е. повышается качество продукта, исключает необходимость поиска азеотропного агента, замена обычной азеотропной ректификации, использующей
35 такие азеотропные агенты, как гексан, бенэол, толуол и др., на разделение азеотропных смесей с использованием инертного газа (азота, углекислого газа, воздуха и др.) способствует улучшению условий труда,снижает пожаро- и взрывоопасность производства.
Редактор Г. Волкова Техред Л. Иикеш Корректор Г. Решетннк
Заказ 2523/3 Тираж 682 -ПОдпи сное
ВЧИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5
Филиал ППП «Патент», г.ужгород, ул.Проектная,4
Источник
МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ АЗЕОТРОПНЫХ СМЕСЕЙ.
Федеральное агентство по образованию
МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ТОНКОЙ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
ИМ. М.В. ЛОМОНОСОВА
Кафедра Химии и технологии основного органического синтеза
Аттестационная работа по теме:
«Определение оптимальных рабочих параметров процесса экстрактивной ректификации смеси ацетон-хлороформ в сложной колонне с боковой секцией»
на соискание степени бакалавра по направлению 550800 «Химическая технология и биотехнология»
Зам. зав. кафедрой, д.т.н., проф.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Литературный обзор
1.1. Сущность процесса ректификации
1.2. Методы разделения азеотропных смесей
1.2.2. Методы ректификации азеотропных смесей
с использованием разделяющих агентов
1.3. Применение сложных колонн для разделения
зеотропных и азеотропных смесей
1.4. Методы расчета парожидкостного равновесия в
1.4.1. Уравнения состояния
1.4.2. Модели локальных составов
1.4.3. Групповые модели
1.5. Некоторые свойства, токсическое действие, получение
и применение компонентов
Постановка задачи исследования
Расчетно-экспериментальная часть
3.1. Критерий оптимизации
3.2. Описание технологической схемы процесса
3.3. Моделирование фазового равновесия в системе
ацетон – хлороформ – ДМФА
3.4. Расчет оптимальных рабочих параметров
Выводы
Список использованной литературы
Приложения
ВВЕДЕНИЕ
Ацетон и хлороформ входят в состав смеси растворителей, применяемых в производстве термостабилизатора стабилина-9. Для их регенерации в [1] было предложено использовать экстрактивную ректификацию (ЭР) с тяжелокипящим разделяющим агентом диметилформамидом (ДМФА). Этот процесс осуществляется в комплексе, состоящем из двух колонн, — колонны экстрактивной ректификации и колонны регенерации экстрактивного агента. При этом практически чистый ацетон выделяется в дистилляте экстрактивной колонны, а практически чистый хлороформ — в дистилляте колонны регенерации, кубовый поток которой, представляющий собой практически чистый ДМФА возвращается в колонну экстрактивной ректификации.
Экстрактивная ректификация является достаточно энергоемким процессом. Для уменьшения энергозатрат на ЭР смеси ацетон — хлороформ был предложен способ проведения этого процесса в одной сложной колонне (СК) с боковой укрепляющей секцией [2]. При этом выделение ацетона осуществляется в дистилляте основной колонны, а хлороформа — в дистилляте боковой секции (БС). ДМФА извлекается в кубе основной колонны и возвращается рециклом в ее верхнее сечение. В результате снижение энергозатрат на разделение смеси промышленного состава, содержащей 82,9 %мас. ацетона, составило по сравнению с традиционной двухколонной схемой 28,5 %.
Данная работа является частью исследования, направленного на выявление концентрационных областей оптимальности схем экстрактивной ректификации смеси ацетон-хлороформ. Целью настоящей работы является определение оптимальных рабочих параметров процесса экстрактивной ректификации смеси ацетон-хлороформ азеотропного составав сложной колонне с боковой укрепляющей секцией.
ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.
1.1. СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА РЕКТИФИКАЦИИ [3].
В химической, нефтехимической и ряде других отраслей промышленности (пищевой, фармацевтической — вплоть до металлургической) используют широкое многообразие жидких и газовых смесей, подлежащих разделению на достаточно чистые компоненты или фракции различного состава. Разделение таких смесей при контакте жидкой и паровой фаз, сопровождающее перераспределением компонентов между фазами, называется перегонкой.
Ректификацией называется процесс переноса компонента (компонентов)между кипящей жидкой и насыщенной конденсирующейся паровой фазами при многоступенчатом противотоке этих фаз. При чередовании по схеме противотока операций частичной конденсации паровой и испарения (дистилляции) жидкой смесей можно получить выходы высококипящего компонента (ВКК) и низкокипящего компонента (НКК), примерно соответствующие их содержанию в исходной смеси.
В процессе ректификации подводимая извне теплота затрачивается только в кипятильниках — в низу колонны и боковых секциях для частичного испарения жидкой смеси с получением начального потока пара в обогревающем устройстве в нижней части ректификационного аппарата (чаще всего – колонны). Теплота конденсации паров также отводится только в конденсирующих устройствах — в верхней части ректификационного аппарата.
Постепенно за счет противоточного контакта фаз на тарелках снизу вверх нарастают концентрации НКК в паре и жидкости — устанавливается некий профиль концентраций; этот эффект и лежит в основе процесса ректификации. Чистота НКК на верху колонны определяется в рамках рассматриваемой схемы числом тарелок.
После установления необходимого концентрационного профиля, т.е. требуемой концентрации НКК (чистоты) на верху колонны, верхний продукт может отбираться в качестве целевого. Но если отбирать весь верхний продукт, то жидкая фаза перестанет стекать по колонне противотоком к пару, процесс ректификации будет нарушен. Поэтому после конденсации верхний продукт отбирается лишь частично; предусматривается возврат определенной части конденсата на орошение колонны для поддержания противоточного контакта фаз. В ректификации имеет место двунаправленный процесс переноса компонентов: НКК из жидкой фазы в паровую и НКК — в обратном направлении.
МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ АЗЕОТРОПНЫХ СМЕСЕЙ.
Для разделения смесей, состоящих из компонентов с близкими температурами кипения и характеризующихся небольшим значением коэффициента относительной летучести 
, потребуется большое число тарелок в колонне. При разделении таких смесей велики будут и флегмовые числа, значит и расход энергии — теплоты в кубе, охлаждающей жидкости в конденсаторе. Если смесь образует азеотроп, то ее разделение на практически чистые компонент методом обычной ректификации становится невозможным (возможно лишь получение одного из компонентов (х0) и смеси, близкой к составу азеотропа хаз). В данном случае необходимо использовать специальные методы ректификации:
1) разделение в комплексе колонн, работающих под разными давлениями;
2) экстрактивную ректификацию;
3) азеотропную и гетероазеотропную ректификацию.
1.2.1. Разделение азеотропных смесей в комплексе колонн, работающих под разными давлением [4].
Для разделения азеотропных смесей используются комплексы функционального действия, которые позволяют преодолеть ограничения физико — химического характера и получать продукты требуемой чистоты. Часть комплексов базируется на принципе перераспределения полей концентраций между областями разделения. Частным случаем этого принципа является принцип перераспределения полей концентраций между областями ректификации. Этот принцип наиболее наглядно демонстрируется на примерах разделения азеотропныхсмесей, котороеосновано на изменении состава азеотропов с изменением давления. Составы азеотропов при разных давлениях различны, причем в зависимости от давления состав питания может принадлежать то одной, то другой области ректификации. Именно это свойство используется в двухколонных комплексах, предназначенных для разделения азеотропных смесей, в которых колонны работают при разных давлениях. Количество рецикла в общем случае зависит от состава исходной смеси, поступающей на разделение, и разности концентраций компонента А в азеотропах при двух выбранных давлениях, Причем, чем меньше эта разность, тем больше будет рецикл. Непременным условием разделения в таком комплексе бинарной смеси на чистые компоненты является более высокое содержание компонента А в азеотропе, выходящем из первой колонны, по сравнению с его содержанием в азеотропе, выходящем из второй колонны и поступающем в первую. Поскольку изменение состава азеотропа, приходящееся на один градус температуры, согласно закону Вревского, зависит от разности молярных теплот испарения компонентов, то рассматриваемый метод разделения тем эффективнее, чем больше отличаются теплоты испарения разделяемых смесей.
1.2.2. Методы ректификации азеотропных смесей с использованием разделяющих агентов [5].
Выбор разделяющих агентов.
При выборе разделяющих агентов для процессов азеотропной и экстрактивной ректификации должны учитываться свойства системы, подлежащей разделению.
Разделяющие агенты должны удовлетворять следующим требованиям:
1) изменение относительной летучести компонентов заданной смеси в желательном направлении;
2) легкость регенерации из смесей с компонентами системы, подвергаемой разделению;
3) безопасность в обращении, доступность и дешевизна;
4) инертность по отношению к компонентам заданной смеси, неспособность вызывать коррозию аппаратуры или разлагаться при нагревании.
Вопросы, связанные с удовлетворением требований, изложенных в пунктах 2, 3 и 4, относятся к числу обычных технологических вопросов. Их решение определяется в основном свойствами системы, подвергаемой разделению. Наиболее сложной задачей является выбор разделяющих агентов, удовлетворяющих первому требованию.
Все известные методы выбора разделяющих агентов можно разделить на две группы:
1) методы, основанные на использовании данных о свойствах растворов, образуемых компонентами заданной смеси и предполагаемыми разделяющими агентами;
2) методы, использующие данные о свойствах компонентов.
Во всех случаях для определения применимости того или иного вещества в качестве разделяющего агента следует исходить из оценки степени неидеальности бинарных систем, образованных этим веществом и компонентами заданной смеси. Специфика разделяющих агентов, применяемых в процессах азеотропной ректификации, заключается в том, что они должны образовать азеотропы с компонентами исходной смеси. В связи с этим дополнительно приходится определять наличие и свойства азеотропов.
Сравнительная оценка методов выбора разделяющих агентов [5].
Методы выбора разделяющих агентов основываются на сравнительной оценке степени неидеальности бинарных систем, образованных компонентами заданной смеси и предполагаемым разделяющим агентом. Следовательно, наиболее надежными надо считать те методы, которые позволяют с наибольшей достоверностью судить о характере и величине отклонений от закона Рауля в указанных бинарных системах. Предпочтительны методы, базирующиеся на использовании свойств растворов, в первую очередь таких, как температура кипения смесей, составы и температура кипения азеотропов и растворимость. Весьма эффективен и удобен выбор разделяющих агентов с помощью газо-жидкостной хроматографии в связи с широким применением этого метода в исследовательских и заводских лабораториях.
Сопоставляя различные методы выбора разделяющих агентов, необходимо иметь в виду, что все свойства растворов взаимосвязаны и их значения определяются свойствами компонентов и интенсивностью их взаимодействия друг с другом. Поэтому о характере отклонений от идеальности можно судить не по одному, а по ряду свойств.
Для выбора разделяющего агента может быть рекомендован следующий путь. Прежде всего, нужно рассмотреть данные о свойствах компонентов смеси, подлежащей разделению, а также условия равновесия между жидкостью и паром, чтобы выяснить ограничения относительно химической совместимости разделяющих агентов, и определить основные требования к ним с учетом степени неидеальности заданной смеси. Затем следует проанализировать данные о равновесии между жидкостью и паром, об азеотропных смесях и растворимости в системах, образованных компонентами заданной смеси. Если соответствующие данные о свойствах растворов отсутствуют или их недостаточно, то, руководствуясь представлениями о полярности, о водородной связи или образовании π-комплексов, следует наметить классы соединений, которые интересно испытать в качестве предполагаемых разделяющих агентов.
При сравнительной оценке различных разделяющих агентов учитываются, естественно, технико—экономические факторы — стоимость, доступность, пригодность в коррозионном отношении, токсичность, пожароопасность и др.
Экстрактивная ректификация [3].
Пусть необходимо разделить на достаточно чистые компоненты трудноразделимую бинарную смесь (α→1 или существует азеотроп). К такой смеси добавляют специально подобранный компонент (обычно — труднолетучий), избирательно растворяющий один из компонентов исходной смеси (например, компонент В) и мало растворяющий другой (компонент А). Иными словами, введение в систему третьего компонента заметно понижает упругость паров рв растворяемого компонента бинарной смеси, увеличивая тем самым коэффициент относительной летучести: α’АВ>αАВ разделяемой смеси. Этот метод ректификации и получил название экстрактивной ректификации,а дополнительный компонент — разделяющего, или экстрагирующего агента..
Линия равновесия бинарной смеси при наличии разделяющего компонента представлена на рис.1.1 (сплошная линия) в сравнении с равновесием без него (штриховая линия). Очевидно, что количественный эффект разделяющего компонента при прочих равных условиях определяется его концентрацией в разделяемой смеси. Поэтому в случае непрерывной ректификации на линии равновесия наблюдается скачок концентраций в паровой фазе (в точке с абсциссой х1), обусловленный изменением концентрации экстрагирующего агента в жидкости при подаче в колонну исходной смеси.
Рис.1.1. Диаграмма равновесия и построение теоретических ступеней в присутствии экстрагирующего агента.
К экстрагирующему агенту предъявляется ряд требований помимо избирательного растворения одного из компонентов разделяемой смеси; основные из этих требований следующие:
1) он не должен образовывать азеотропов с компонентами
исходной смеси (чтобы его можно было без затруднений впоследствии отделить от них с целью его регенерации и получения чистых компонентов);
2) он должен существенно отличаться от компонентов исходной смеси по температуре кипения, т.е быть значительно более труднолетучим, чем ВКК исходной смеси, или (это бывает реже) значительно более легколетучим, чем НКК исходной смеси (что позволяет его выделять без больших энергетических и капитальных затрат).
На рис.1.2 представлена схема разделения исходной смеси А+В методом экстрактивной ректификации с добавлением труднолетучегоразделяющего агента С, хорошо растворяющего компонент В. Компонент С подается на одну из верхних тарелок колонны 1 и вместе с флегмой стекает вниз по колонне. Растворяя в себе компонент В, разделяющий агент С понижает тем самым упругость его паров и способствует разделению А и В. Верхний продукт колонны 1представляет собой компонент А заданной чистоты, а нижний продукт — смесь В+С. Насосом 3эта смесь подается в колонну 2, где методом обычной ректификации получают компоненты В (верхний продукт) и С (нижний продукт). При этом колонна 2, как правило, отличается небольшой высотой и работает с небольшим флегмовым числом, поскольку компоненты В и С существенно различаются по температуре кипения (см. второе требование к экстрагирующему агенту). Экстрагирующий агент С насосом 4подают в колонну 1, замыкая цикл по компоненту С. Результатом работы по такой схеме является разделение исходной смеси А+В на отдельные компоненты А и В, причем некоторые потери разделяющего компонента С с этими продуктами восполняются.
Рис.1.2. Схема установки для экстрактивной ректификации: 1,2- ректификационные колонны, 3,4- насосы, 5- кипятильники, 6- конденсаторы; I- охлаждающая вода, II- греющий пар, III-конденсат, IV- восполнение потерь экстрагирующего агента.
В том случае, если экстрагирующий агент является легколетучим, т.е. отличается наиболее низкой температурой кипения (t
Источник
