Разделение смесей, состоящих из летучих компонентов

Диаграмма состав - температура (рис.8 - 4) позволяет не только дать объяснение основанному на процессах испарения и конденсации разделению жидкостей, но и провести необходимые расчеты.

Вначале рассмотрим нагревание жидкости без удаления пара, т.е. при постоянном общем составе системы. Массу пара, обогащенного более летучим компонентом, и оставшейся жидкости, обогащенной менее летучим компонентом, определяют по правилу рычага. Если температуры кипения жидкостей сильно отличаются, то отделив пар от жидкости, можно получить две значительно различающиеся по составу фазы. Этот способ, пригодный для грубого разделения смесей, называется однократным испарением .

Разделение смесей осуществляется также непрерывным отбором пара с его последующей конденсацией. Такой метод называется простой или дифференциальной перегонкой . Ее недостатком является зависимость состава дистиллята (жидкости, получаемой при конденсации пара) от массы испарившейся жидкости.

Рис. 8 - 5. Фрагмент тарельчатой ректификационной колонны.

Наиболее эффективным способом разделения смесей жидкостей путем испарения и конденсации является ректификация, при которой процессы испарения и конденсации осуществляются многократно и непрерывно. Устройства, в которых проводится такое разделение, называются ректификационными колоннами. Фазы в них движутся во встречных направлениях (противоточное движение).

Первый тип ректификационных колонн представляет собой цилиндр, в котором перпендикулярно его оси укреплены плоские перегородки, называемые тарелками (рис. 8 ‑ 5). На тарелках накапливается стекающая сверху жидкость. По вставленным в тарелки трубкам снизу к ней поступает пар. При смешивании на тарелке пара с жидкостью из пара, имеющего более высокую температуру, частично конденсируется низкокипящая жидкость. Выделяющаяся при конденсации теплота идет на испарение более летучей жидкости.

Эффективность разделения жидкостей тем выше, чем больше ректификационная колонна содержит тарелок.

Кроме тарельчатых колонн, применяются насадочные колонны, в которых процесс смешения и разделения фаз распределен по всему объему колонны. С этой целью их заполняют насадочными элементами различной формы (полыми трубками, фигурами различной формы). Жидкость, стекающая по насадке, непрерывно смешивается с паром.

Методом ректификации можно практически полностью разделить смеси жидкостей, свойства которых представлены диаграммой, изображенной на рис. 8 - 4. Однако существуют смеси жидкостей, которые обычной перегонкой не разделяются. С ними мы познакомимся ниже.