Таким образом, отсутствие равновесия (и соответственно наличие разности температур) при движении фаз с определенной относительной скоростью и многократное их контактировании являются необходимыми условиями проведения ректификации.

Процесс ректификации осуществляется непрерывно или периодически. Осуществляется при атмосферном давлении, под вакуумом (высококипящие вещества), а так же под давлением больше атмосферного (для газообразных при н.у.). Пример непрерывной ректификационной установки приведен на рис. 5.2.

Рисунок 5.2 Ректификационная установка непрерывного действия: 1-куб-испаритель, 2-колонна, 3-дефлегматор

При ректификации (рис 5.2.) в тарельчатых аппаратах исходная смесь в кол-ве F с концентрацией низкокипящего компонента XF поступает (здесь и далее в единицу времени) в среднюю часть колонны; верх. продукт-дистиллят в кол-ве D с концентрацией низкокипящего компонента XD отбирается из дефлегматора, а обедненный этим компонентом остаток в количестве W с концентрацией Xw отводится из куба-испарителя. Образующиеся в нем пары поднимаются по колонне, контактируя на тарелках со стекающей жидкостью, и поступают в дефлегматор, откуда часть образовавшегося конденсата, наз. флегмой (Ф моль), возвращается в верх. часть колонны.

Расчет процесса ректификации

Согласно первому закону Коновалова, в идеальных двухкомпонентных системах, состав жидкости не совпадает с составом равновесного с ней пара, следовательно, в равновесной системе пар по сравнению с жидкостью обогащен тем компонентом, добавление которого к жидкости повышает давление пара в системе. Повышение относительного содержания данного компонента в жидкой фазе вызовет увеличение относительного содержание его в парах.

Второй закон Коновалова гласит, что в точках минимума или максимума общего давления пара (или температуры кипения) концентрации данного компонента в растворе и паровой фазе одинаковы.

На диаграмме (рис. 5.3) построена зависимость температуры кипения раствора ацетона в воде от состава раствора (нижняя кривая) и пара (верхняя кривая). Концентрация раствора, который поступает на ректификацию, равна xн=0,15=15% мольн. По первому закону Коновалова на монотонных участках равновесной кривой концентрации жидкой и паровой фазы различаются. Начальный раствор закипает при температуре 670С (точка D), при этом образуется пар (точка Е) с концентрацией ун=79%. Это является теоретической основой разделения раствора, так как если сконденсировать полученный пар, то образуется раствор с концентрацией ха=yн много большей, чем концентрация исходного раствора.

Теоретический (в равновесных условиях) процесс разделения показан на рисунке 5.3. Исходный раствор при кипении дает пар состава ун (точка Е), обогащенный ацетоном. При этом раствор обедняется ацетоном и температура его кипения повышается по кривой DlC и последняя его порция будет иметь концентрацию в точке С - хс. Пар состава ун может быть сконденсирован и повторно испарен, на диаграмме это точка b, концентрация в которой после конденсации паров составит хд= 95,5%. Повторное же испарение раствора с концентрацией хс (точки d и l) даст практически чистую воду с содержанием ацетона хк = 0,01% (точка l).

Еще статьи по теме

Мониторинг окружающей среды
Проблема сохранения окружающей природной среды и переход современного человечества к устойчивому развитию является сегодня одной из самых важных. Охрана окружающей среды - это очень сложная и многогранная задача, которая требует для своего ...

Оценка экологических последствий аварий атомных электростанций на примере Чернобыльской АЭС и Фукусима-1
Целью дипломной работы является оценка влияния радиоактивных изотопов, попавших в окружающую среду в результате Чернобыльской катастрофы и катастрофы на АЭС «Фукусима-1» на человека и живую природу, позволяющее определить необходимые меро ...