Читайте также:
|
|
Перегонка представляет собой процесс однократного частичного испарения жидкой смеси и конденсации образовавшихся паров.
Простую перегонку можно проводить с отбором фракций, дефлегмацией, водяным паром или под вакуумом (молекулярная перегонка).
Фракционная перегонка заключается в постепенном испарении жидкости, находящейся в перегонном кубе (рис. 1). Образовавшиеся пары отводятся в холодильник и там конденсируются, а дистиллят собирается в сборнике. Кубовый остаток удаляется из куба после окончания процесса. Куб обогревается насыщенным водяным паром или дымовыми газами.
Рис. 1. Установка для простой перегонки:
1 — куб; 2 — конденсатор; 3 — сборники дистиллята
При испарении смеси содержание легколетучего компонента в дистилляте непрерывно уменьшается от максимального в начале до минимального в конце перегонки. Это позволяет получать несколько фракций дистиллятов различного состава, собирая их в разные сборники. Способ перегонки с разделением смеси на несколько фракций, в различной степени обогащенных летучим компонентом, называется фракционной перегонкой.
При простой перегонке образующийся пар отводится из куба и в каждый данный момент находится в равновесии с оставшейся жидкостью.
При составлении материального баланса простой перегонки допустим, что в некоторый момент времени т. в перегонном кубе находится L кг смеси с концентрацией х низкокипящего компонента. Пусть за бесконечно малый промежуток времени dx испарится dL кг. Тогда количество жидкости и ее состав меняются и составляют соответственно (L — dL) и (х— dx). Количество образующегося за этот промежуток времени пара равно уменьшению количества жидкости dL, а его состав ур является равновесным с х. Содержание летучего компонента в жидкости к началу рассматриваемого промежутка времени составляет Lx, а к концу — (L — dL)(x—dx). Количество же летучего компонента, перешедшего за этот промежуток времени в пар, равно ypdL. Таким образом, уравнение материального баланса по летучему компоненту за рассматриваемый промежуток времени может быть записано так:
Раскрывая скобки и пренебрегая членом dLdx как бесконечно малой величиной второго порядка, получим
(1)
В начальный момент перегонки количество жидкости в аппарате равно количеству начальной смеси F(состава xF), а в конечный момент — количеству остатка W(состава xw). Таким образом, пределы интегрирования будут для левой части F и W, для правой — xF и xw:
Интегрируя левую часть, получим
(2)
Вид функции ур = f(х) устанавливают экспериментальным путем, поэтому интегрирование правой части уравнения (2) проводят графически. Ряд значений х в пределах от xF до хw находят из диаграммы у—х равновесные значения ур. Строят зависимость от х и по размеру площади под кривой, ограниченной значениями xF и хw, определяют величину искомого интеграла. После этого по уравнению (2), зная количество загруженной смеси F, ее концентрацию xF и концентрацию кубового остатка xw, определяют количество кубового остатка W.
Средний состав дистиллята определяют из уравнения материального баланса
откуда
(3)
Простая перегонка с дефлегмацией (рис.2) предназначена для увеличения степени разделения исходной смеси. В этом случае пары, уходящие из перегонного куба, поступают в дефлегматор, где частично конденсируются. При частичной конденсации образуется флегма, обогащенная труднолетучим компонентом, которая сливается обратно в куб и взаимодействует с выходящими из куба парами.
Пары, обогащенные легколетучим компонентом, поступают в конденсатор. Дистиллят собирается в сборниках. Кубовый остаток удаляют из перегонного куба после достижения заданной концентрации Xw
Перегонка с водяным паром имеет целью понижение температуры кипения исходной смеси веществ, кипящих при температурах свыше 100 °С, компоненты которой нерастворимы в воде. При такой перегонке отгоняемый компонент получается обычно в виде смеси с водой, а температура кипения смеси должна быть ниже температуры кипения воды.
Общее давление паров над смесью равно сумме давлений чистых компонентов при той же температуре (Р = РА + РВ). Следовательно, при атмосферном давлении парциальное давление водяного пара над смесью Рв = Р— РА< Р.
На рис. 3 показана диаграмма для определения температур кипения при перегонке с водяным паром, которые определяются как точки пересечения кривой упругости водяного пара с кривыми упругости различных жидкостей.
По диаграмме температура перегонки бензола с водяным паром при атмосферном давлении составляет 69,5 °С, а при р = 0,0395 МПа — около 46 °С, толуола при атмосферном давлении — 85 °С.
Схема установки для перегонки с водяным паром показана на рис. 4. Исходная смесь загружается в перегонный куб, в рубашку которого подается глухой насыщенный водяной пар. Внутрь куба в исходную смесь барботируется острый водяной пар. Пары, образующиеся при кипении смеси, поступают в конденсатор и далее в сепаратор, где конденсат разделяется. Из сепаратора удаляются вода и нерастворяющийся в воде легколетучий компонент, который собирается в сборнике.
Рис. 2. Установка для простой перегонки с дефлегмацией:
1 — куб; 2 — дефлегматор; 3 — конденсатор; 4 — сборники
Рис. 3. Диаграмма для определения температуры кипения при перегонке с водяным паром
Рис. 4. Установка для перегонки с водяным паром:
1 — куб; 2— конденсатор; 3 — сепаратор
Отношение количества отогнанного компонента к количеству водяного пара
(4)
Парциальное давление водяного пара рв = Р — φрк, где Р— общее давление; φ — степень насыщения. Тогда из уравнения (4):
(5)
Молекулярная перегонка предназначена для разделения компонентов, кипящих при высоких температурах и не обладающих необходимой термической стойкостью. Процесс проводят под глубоким вакуумом, соответствующим остаточному давлению 1,31...0,131Па.
Молекулярная перегонка происходит путем испарения жидкости с ее поверхности. Процесс осуществляется на близрасположенных поверхностях испарения и конденсации, причем расстояние между ними (обычно 20...30 мм) должно быть меньше длины свободного пробега молекул. В этом случае отрывающиеся от поверхности испарения молекулы летучего компонента попадают на поверхность конденсации и конденсируются на ней. Разность температур между поверхностями испарения и конденсации 100 'С.
На рис. 5 показана схема аппарата для молекулярной перегонки. Исходная смесь поступает в аппарат через трубу на дно ротора. Под действием центробежной силы поступившая жидкость поднимается в виде тонкой пленки по конусу, одновременно нагревается излучением от электронагревателя и испаряется. Оторвавшиеся с поверхности испарения молекулы уносятся к поверхностям конденсации. Пары менее летучего компонента конденсируются на поверхности конденсатора 4, а пары более летучих компонентов—на поверхности конденсатора 5. Первая фракция стекает с поверхности конденсатора 4 на поддон 8, а вторая конденсируется на змеевике и стекает на поддон 7. Неиспарившаяся часть жидкости под действием центробежной силы переливается через край ротора в отводной желоб и удаляется из аппарата.
Из поддона 8 дистиллят отводится через периферийную секцию кольцевого сборника, а из поддона 7—через центральную секцию.
Рис. 5. Аппарат для молекулярной перегонки:
1 — ротор; 2— труба для подачи исходной смеси; 3— электронагреватель; 4,5— первый и второй конденсаторы; 6— кольцевой сборник; 7, 8— поддоны под первым и вторым конденсаторами; Р—концентрическая изоляционная плита; 10— отводной желоб
Дата добавления: 2014-12-18; просмотров: 54 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |