ПРОСТАЯ ПЕРЕГОНКА, МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПРОСТОЙ ПЕРЕГОНКИ. СХЕМЫ ФРАКЦИОННОЙ И СТУПЕНЧАТОЙ ПЕРЕГОНКИ, ПЕРЕГОНКИ С ЧАСТИЧНОЙ ДЕФЛЕГМАЦИЕЙ.

⇐ ПредыдущаяСтр 34 из 66Следующая ⇒

Одним из наиболее распространенных методов разделения жидких однородных смесей, состоящих из двух или большего числа компонентов, является перегонка.

Разделение перегонкой основано на различной летучести компонентов смеси при одной и той же температуре или на различии температур кипения компонентов смеси при одном и том же давлении. Поэтому при перегонке все компоненты смеси переходят в парообразное состояние в количествах, пропорциональных их фугитивности, которой характеризуется летучесть компонентов жидкой смеси.

В простейшем случае исходная смесь является бинарной, состоящей только из двух компонентов. Получаемый при ее перегонке пар содержит относительно большее количество легколетучего или низкокипящего компонента (НК), чем исходная смесь. Следовательно, в процессе перегонки жидкая фаза обедняется, а паровая фаза обогащается НК. Неиспарившаяся жидкость имеет состав, более богатый труднолетучим, или высококипящим компонентом (ВК). Ее называют остатком, а жидкость, полученную в результате конденсации паров, – дистиллятом или ректификатом.

Простая перегонка - процесс однократного частичного испарения жидкой смеси и конденсации образующихся паров. Применима только для разделения смесей, летучести компонентов которой существенно различаются между собой. Используется для предварительного грубого разделения жидких смесей, а также для очистки сложных смесей от нежелательных примесей, смол и т. п.

Фракционная перегонка. Проводят путем постепенного испарения жидкости, находящейся в перегонном кубе. Образующиеся пары отводятся и конденсируются. Процесс осуществляют периодическим или непрерывным способом.

Если простая перегонка проводится периодически, то в ходе отгонки НК содержание его в кубовой жидкости уменьшается. Вместе с тем, изменяется во времени и состав дистиллята, который обедняется НК по мере протекания процесса. В связи с этим отбирают несколько фракций дистиллята, имеющих различный состав. Простая перегонка, проводимая с получением конечного продукта разного состава, называется фракционной, или дробной, перегонкой.

В периодически действующей установке для фракционной перегонки (рисунок 1) исходную смесь загружают в перегонный куб 1, снабженный змеевиком для обогрева, и доводят до кипения. Пары отводят в конденсатор-холодильник 2. Фракции дистиллята поступают через смотровой фонарь 3 в отдельные сборники 4—6. По окончании операции остаток сливают из куба, после чего в него вновь загружают разделяемую смесь.

1 – перегонный куб; 2 – конденсатор-холодильник; 3 – смотровой фонарь; 4-6 – сборники фракций дистиллята

Для составления материального баланса простой перегонки примем, что в кубе в некоторый момент времени t содержитсяLкгперегоняемойсмеси, имеющей текущую концентрацию х (по низкокипящему компоненту). Масса НК в жидкости в этот момент равнаLx .

Пусть за бесконечно малый промежуток времени d t испаритсяdLкг смеси и концентрация жидкости в кубе уменьшится на величикуdx. При этом образуютсяdLкг пара, равновесного с жидкостью и имеющего концентрацию у* количество НК в паре будет равноdLy*. Соответственно остаток жидкости в кубе составит (L—dL), кг, а ее концентрация будет (х—dx). Тогда материальный баланс по НК выразится уравнением:

Lx = (L — dL) (х — dx) + dLy*

Раскрывая скобки и пренебрегая произведениемdLdx, как бесконечно малой величиной второго порядка, после разделения переменных получим:

d L / L = dx /( y * — х).

Это дифференциальное уравнение должно быть проинтегрировано в пределах изменения массы жидкости в кубе от начальнойL = F до L — W(гдеF— масса исходной смеси, или питания, W— масса остатка) и соответствующего падения ее концентрации от x_F до x_Wза всю операцию перегонки:

(1)

Вид функции у* = f (х) определяется формой кривой равновесия и не может быть установлен аналитически для каждого конкретного случая перегонки. Поэтому интегрирование правой части уравнения, проводят графически — путем построения зависимости 1 /(у*—х) от х.

Для ряда значений х в пределах отx_F доx_w находят из диаграммы у—х равновесные им значенияу* и по размеру площади под кривой, ограниченной абсциссами x_F и x_W определяют (с учетом масштабов диаграммы) значение искомого интеграла.

По уравнению. (1), зная массы F загруженной в куб смеси и ее составx_F, а также заданный состав остатках_W, находят массу остатка W. Масса перегнанной жидкости составляет F—W.

Средний состав (х_р)_ср получаемого дистиллята рассчитывают из уравнения материального баланса по низкокипящему компоненту

Расчет простой перегонки обычно имеет целью определить массу жидкости, которую необходимо перегнать, для того чтобы получить в кубе остаток заданного состава и дистиллят требуемого среднего состава.

Простая перегонка с дефлегмацией. Для повышения степени разделения смеси перегонку осуществляют, дополнительно обогащая дистиллят путем дефлегмации. Пары из перегонного куба 1 (рисунок) поступают в дефлегматор 2, где они частично конденсируются. Из пара конденсируется преимущественно ВК и получаемая жидкость (флегма) сливается в куб. Пары, обогащенные НК, направляются в конденсатор-холодильник 3, где полностью конденсируются. Дистиллят собирается в сборниках 4—6. Окончание операции контролируют по температуре кипения жидкости в кубе, которая должна соответствовать заданному составу остатка. Последний удаляется из куба через штуцер 7.

1 – перегонный куб; 2 – дефлегматор; 3 – конденсатор-холодильник; 4-6– сборники, 7- штуцер.

Дата добавления: 2019-11-25; просмотров: 249; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 29 30 31 32 333435 36 37 38 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!