АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Простая перегонка

Если жидкость, состоящую из двух взаимно растворимых компо­нентов, поместить в замкнутое пространство и кипятить при постоянном давлении, то, как было показано выше, образующийся пар будет не­прерывно обогащаться легколетучим компонентом. При конденсации па­ров в получаемом дистилляте возрастает содержание легколетучего (низкокипящего) компонента. Соответственно возрастает концентрация менее летучего (высококипящего) компонента в жидкости. В связи с этим температура кипения жидкости будет повышаться, а температура кон­денсации паров—падать.

Испарение жидкости можно проводить однократно, причем в ре­зультате длительного соприкосновения кипящей жидкости и пара про­исходит частичное разделение компонентов. Такой процесс называет­ся однократным испарением; он не имеет широкого про­мышленного значения (близкий по характеру процесс проводится при переработке нефтепродуктов) и применяется главным образом для физи­ческих исследований.

Более важное значение имеет способ постепенного испарения жидкости, кипящей в перегонном кубе, с непрерывным удалением образующихся паров из системы. Этот способ частичного разделения компонентов носит название простой перегонки (простой дистилляции).

Частичное разделение компонентов достигается как при испарении жидкости, так и при конденсации ее паров. В последнем случае разделе­ние происходит при длительном взаимодействии конденсирующегося пара и конденсата (однократная конденсация) или при непрерывном удалении образующегося конденсата (простая конденсация).

Простую перегонку применяют в тех случаях, когда не требуется полного разделения смеси на компоненты или когда точки кипения отдельных компонентов настолько далеки друг от друга, что содержание легколетучего в парах очень велико по сравнению с содержанием его в жидкости. Кроме того, простая перегонка применяется для отделения от жидкой смеси нелетучих примесей, а также для предварительного грубого разделения сложных жидких смесей, например нефти или камен­ноугольной смолы.

В процессе простой перегонки при постепенном испарении жидкости как в дистилляте, получающемся при конденсации пара, так и. в остатке смеси, находящемся в кубе, по мере протекания процесса процентное содержание легколетучего компонента постепенно уменьшается.

Примем обозначения: W—количество начальной смеси, подлежащее разделению при помощи Простой перегонки:

Х—состав жидкости в кубе в долях легколетучего компонента в лю­бой момент;

У—состав пара над жидкостью в долях легколетучего компонента в любой момент. Тогда состав пара над жидкостью можно выразить как функцию состава жидкости, т. е.

Y = F{X)

При испарении бесконечно малого количества смеси DW, имеющей состав х, концентрация жидкости уменьшается на величину Dx и остаток жидкости в кубе выразится величиной

W — DW

Причем в этом остатке будет легколетучего компонента:

СW — DW) (X — Dx)

Состав дистиллята выражается величиной у, а количество его DW. Материальный баланс легколетучего компонента в этом случае можно представить уравнением

Wx = (W— DW) (х — Dx) + YdW

Или

Wx = Wx — XdW — Wdx -H DWdx -F YdW

Пренебрегая произведением DWdx как бесконечно малой величиной второго порядка и преобразовывая последнее уравнение, получим

DW __ Dx

Если, в результате отгонки некоторого вполне определенного коли­чества жидкости, в кубе останется Wx кгс смеси и состав ее будет хх, то последнее уравнение можно проинтегрировать в пределах от IF, и хх До IF их.

Тогда получим

W х

CDW _ С Dx

) W ~~ ) у — х

Wi х,

ИЛИ

Так как функциональная зависимость y=f(x) выражается только кривой равновесия, то последнее уравнение можно решать лишь графи­чески. Пользуясь кривой равновесия для данной смеси, строят диаграмму (рис. 381), по оси абсцисс [которой откладывают значения х, а по оси ординат

1 _ 1

) (х) — х у х

Площадь под кривой в пределах х и хг представляет интеграл:

Г—--------- 1 п-1-

J У — х XV х

Это уравнение применимо лишь в том случае, если предпо­ложить, что отогнанная часть жидкости немедленно удаляется в - виде пара и не вступает в соприкосновение с остальной жидкостью, чем и нарушается фазовое равновесие.

Количество получаемого дистиллята (W—и его состав (хр) определяют из уравнения материального баланса легколетучего компонента

W' X = Wxxx + (W— WJx

Вес. долей (3—168)

Таким же образом можно конден­сировать пар, удаляя конденсат немед­ленно после его образования и тем самым не допуская его соприкосновения с паром.

В этом случае зависимость между количеством конденсата и составом опре­деляют по уравнению (3—167) с заменой пределов интегрирования на уг и у. Приведенные выше уравнения применимы и для простой перегонки с непрерывной подачей исходной смеси.

В установке для простой перегонки (рис. 382) куб 1 с паровым змеевиком снабжен шлемом и трубой для отвода паров. Пары из куба

Поступают в змеевик холодильника-конденсатора 2, где конденсируются и охлаждаются до заданной температуры. Получаемый дистиллят, состав которого меняется во времени, отводится последовательно в приемники фракций 3. После отгонки определенного количества жидкости остаток из куба выпускают через нижний спускной кран, а в куб заливают новую порцию смеси для перегонки.

Иногда проводят простую перегонку с дополнительным обогаще­нием дистиллята дефлегмацией. Над перегонным кубом (рис. 383) уста­навливают тоубчатый или змеевиковый конденсатор (дефлегматор),
охлаждаемый водой, в котором происходит частичная конденсация паров и некоторое обогащение их более летучим компонентом.

Получаемый конденсат стекает обратно в куб; регулируя количество конденсата (флегмы), можно получить более чистый дистиллят.