Фрагмент

Решение задания № 1

Способы разделения азеотропных смесей

Растворы, состав которых отвечает этим экстремальным точкам, называются азеотропными (нераздельно кипящими или азеотропами). Их состав не меняется при кипении, и температура остается постоянной до полного перехода жидкости в пар (или до полной конденсации пара в жидкость при охлаждении). Такие смеси, в отличие от остальных, нельзя разделить перегонкой. Примером азеотропа с минимумом температуры кипения является смесь, содержащая  96% (по объёму) этилового спирта и 4% воды, иначе называемая спиртом-ректификатом.

При азеотропной ректификации обычно используют разделяющий компонент С, который образует с одним из ком­понентов исходной смеси (А или В) азеотропную смесь, обла­дающую минимальной или максимальной температурой кипе­ния. В первом случае образуется более летучая, чем исходная, азеотропная смесь, которая отгоняется в качестве дистиллята, а другой практически чистый компонент удаляется в виде ос­татка. Во втором случае в остатке остается азеотропная смесь, а сверху колонны отводят дистиллят, представляющий собой практически чистый другой компонент исходной смеси.

Возможно также осуществить азеотропную ректифика­цию с помощью разделяющего компонента, образующего азеотропные смеси с обоими компонентами. При этом отно­шение компонентов А и В в тройной азеотропной смеси долж­но быть иным, чем в исходной смеси, поступающей на разде­ление. В дистилляте оказывается летучая азеотропная смесь (из трех компонентов), а остаток — один из компонентов ис­ходной смеси практически в чистом виде.

Выбор разделяющего агента производят на основе пра­вила Вревского (п…), указывающего направление изменения состава азеотропной смеси с температурой.

В установке для азеотропной ректификации (рис. 6) ис­ходная азеотропная смесь (А+В) поступает на тарелку ввода колонны 1, которая орошается сверху разделяющим агентом С. Сверху колонны удаляется азеотропная смесь компонентов Ф+С с минимальной температурой кипения (дистиллят), снизу колонны уходит компонент В (остаток).

На рисунке. показан вариант азеотропной ректифика­ции, когда образующаяся азеотропная смесь состоит из компо­нентов с резко отличающейся взаимной растворимостью при разных температурах (компоненты А и С взаимно нераствори­мы). Поэтому для разделения их достаточно обычного отстаи­вания в отстойнике 2. Компонент А является конечным про­дуктом, а регенерированный компонент С после нагревания в подогревателе 3 возвращается на орошение колонны. В данной схеме в дефлегматоре колонны конденсируется лишь часть па­ров А+С, необходимая для получения флегмы, а остальная часть полностью конденсируется только перед поступлением в отстойник.

В качестве примера применения азеотропной ректифи­кации можно привести разделение азеотропной смеси этило­вый спирт-вода (температура кипения +78 °С). В качестве разделяющего компонента используется бензол, образующий с водой и спиртом тройную азеотропную смесь с минимумом температуры кипения (64,8 °С). В остатке — безводный этило­вый спирт.

Процессы азеотропной ректификации проводят непре­рывным и периодическим способами.

Основной недостаток этого способа разделения — боль­шой расход тепла на нагрев и испарение разделяющего компо­нента. По этой причине азеотропную перегонку целесообразно применять в непрерывных процессах при малом содержании НКК в исходной смеси, что позволяет уменьшить расход раз­деляющего компонента и, соответственно, расход тепла на его испарение. К тому же подбор самого разделяющего компонен­та для азеотропной ректификации является более затрудни­тельной задачей, чем при экстрактивной.