7.3. Перегонные установки

Составы жидких и паровых фаз, образующихся при перегонке, как правило, значительно различаются своими концентрациями, но при этом все компоненты исходной смеси оказываются представленными в обеих разделившихся фазах.

В промышленных условиях перегонка обычно проводится при посто­янном давлении. При постепенной перегонке (рис. 7.8,а) образующаяся в процессе испарения паровая фаза непрерывно удаляется из системы в момент ее образования. Однократная перегонка (рис. 7.8,6) осуществ­ляется таким образом, чтобы образовавшиеся в системе паровая и жид­кая фазы оставались в ней до наступления состояния равновесия, после чего их разделяют. Многократная перегонка (рис. 7.8,в) состоит в по­вторении процессов однократной перегонки с целью более полного раз­деления исходной смеси.

Рис. 7.8. Основные способы перегонки:

а –постепенная; б – однократная; в – многократная; /, 2–испаритель; 3 – конденсатор; 4 – приемник; б, в – разделительный сосуд (сепаратор)

Постепенная перегонка бинарных смесей чаще всего является пери­одическим процессом, при котором образуются бесконечно малые пор­ции пара (жидкости), поскольку бесконечно мало изменение темпера­туры системы.

Многократная перегонка (рис. 7.8,в) состоит из двух и большего числа однократных перегонок. В каждом из этих процессов вновь обра­зовавшаяся фаза отделяется от равновесного остатка исходной смеси, а последний подвергается дальнейшему тепловому воздействию для про­ведения следующей ступени процесса.

Схему многократной перегонки можно рассмотреть на примере ра­боты двухступенчатой установки непрерывного действия (рис.,7.9) [52].

Бинарная смесь поступает в подогреватель с параметрами, соот­ветствующими точке А, и подогревается до состояния кипения, соответ­ствующего точке В. В перегонном аппарате 2 получаются пары смеси, соответствующие точке С. Далее пары с концентрацией х_г поступают в' конденсатор 5. Конденсация паров, бинарной смеси протекает при Х₂= =const, но с понижением ее температуры от t₁ до t₂. Далее перегнан­ный дистиллят поступает во вторую ступень – перегонный аппарат 2, где получаются еще более концентрированные пары (x_s>х₂); из аппа­рата второй ступени 2 пары поступают в дефлегматор 4, в котором про­исходит частичная конденсация паров (линия EF) и получается влаж­ный пар, соответствующий точке F. Он является смесью сухого пара с концентрацией, соответствующей точке Н, и жидкости с концентрацией, соответствующей точке G. Доля пара в смеси соответствует отрезку FG, а доля жидкости – отрезку FH. Затем влажный пар поступает в сепаратор 5, в котором от него отделяется жидкость. Жидкость с кон­центрацией х₄<х₃ поступает в бак 6, а пары с концентрацией х₅>х_з направляются в конденсатор 3, где превращаются в дистиллят, и из него поступают в бак готового продукта 6. Необходимо отметить, что при дефлегмации и последующей сепарации смеси паров достигается более высокая концентрация, но получается меньшее количество про­дукта, чем при простой конденсаций.

Рис, 7.9. Схема двухступенчатой перегонной установки и ее процесс на t – х, y-диа­грамме:

1 – подогреватель; 2 – перегонный аппарат; 3 – конденсатор; .4– дефлегматор; 5–сепаратор; 6 – емкость

Если перегонка происходит в установке периодического действия, то содержание низкокипящего компонента в кубе 2 постепенно уменьшается, причем как в кипящей жидкой смеси, так и в получаемых из нее па­рах дальнейшая перегонка идет при переменной все увеличивающейся температуре. Содержание низкокипящего компонента в жидкости в на­чале кипения и в последующие моменты времени определяется, на кривой кипения точками В, В', В" и т. д.; соответственно содержание этого ком­понента в парах определяется точками С, С, С" и т, д. на линии кон­денсации. Содержание низкокипящего компонента в парах все время уменьшается и в некоторый момент становится равным его первоначальному содержанию в кипящей жидкости, а затем – еще меньше (точка С"); тогда дальнейшая перегонка смеси становится экономически неце­лесообразной.