ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Бипарные смеси Об основах процесса ректификации бинарных смесей из "Некоторые вопросы ректификации бинарных и многокомпонентных смесей" Теория процессов перегонки и ректификации гомогенных бинарных смесей основана, как известно, на законах, открытых в 1881—1883 гг. Коноваловым. Позднейшие исследования показали, что эти законы вытекают также из более обш,его закона так называемого правила фаз, установленного в 1876 г. Гиббсом. Поэтому в литературе они часто встречаются под названием законов Гиббса — Коновалова. [c.7] Эти законы сформулированы Коноваловым [1] следующим образом. [c.7] Первый закон. Повышение концентрации компонента в жидкой фазе бинарной смеси повышает концентрацию этого компонента и в паровой фазе, при этом паровая фаза будет иметь большую концентрацию, чем жидкая того компонента, прибавление которого увеличивает общую упругость пара смеси. [c.7] Второй закон. Если кривая упругости пара бинарной смеси проходит через максимум или минимум, то в экстремумах состав жидкости и пара одинаков. [c.7] Поэтому все вертикальные отрезки, заключенные между кривой фазового равновесия и диагональю, при любом составе X, представляют собой разности У—Х(см.рис.1). Эти разности (У—X) являются мерой обогащения паровой фазы легколетучим компонентом, по сравнению с жидкой, при достижении равновесия. В то же время они позволяют судить и о величине относительной летучести компонентов разделяемой смеси. Чем больше разности У —X, тем, в общем, больше относительная летучесть разделяемых компонентов и тем легче, вообще говоря, смесь для разделения. Таким образом, легко-разделяемые смеси с большой относительной летучестью компонентов будут представлены кривыми фазового равновесия, наиболее удаленными от диагонали. Наоборот, чем труднее смеси для разделения, тем ближе к диагонали будут проходить их кривые фазового равновесия. [c.8] Константы Генри К , К , равно как и упругости паров чистых компонентов, резко изменяются с температурой. Однако их отношение, т. е. относительная летучесть а, мало зависит от температуры. Поэтому при рассмотрении процесса ректификации бинарных смесей принято считать Оср ж onst, численно равной среднему арифметическому значению относительной летучести в пределах рабочих температур верха и низа ректификационной колонны. [c.9] Повышенная точность в определении относительной летучести может потребоваться в тех случаях, когда ее значение близко к единице или когда ее крайние значения в пределах рабочих условий процесса ректификации значительно отличаются друг от друга. В таких случаях наиболее простым и точным решением этого вопроса, в отличие от других [2, 3], следует признать предложение Либинсона и Малахова [4]. Эти исследователи рассматривают изменение относительной летучести по колонне при ректификации идеальных бинарных смесей как линейную функцию состава, т. е. [c.9] В зависимости от природы компонентов, составляющих разделяемую смесь, значения относительной летучести могут различаться в весьма широких пределах от единицы до бесконечности. Так, при а = 1 уравнение (I, 3) переходит в уравнение диагонали Y — X, что указывает на невозможность разделения смеси ректификацией. При а = оо уравнение (I, 3) после раскрытия неопределенности путем деления числителя и знаменателя на а дает F = 1. Это означает, что второй компонент разделяемой смеси является совершенно нелетучим, и поэтому легколетучий компонент может быть полностью выделен практически в чистом виде обычной перегонкой без применения ректификации. [c.10] Как будет показано дальше, наиболее полными критериями трудности всякого процесса ректификации могут служить минимальное число флегмы и минимальное число теоретически совершенных тарелок. Эти параметры зависят и от положения кривой равновесия, т. е. от относительной летучести составляюпщх компонентов, и от состава начальных и конечных продуктов. [c.11] Для иллюстрации равновесных соотношений в азеотронных смесях на рис. 3 и 4 представлены изобарные кривые фазового равновесия жидкость — пар , соответствующре второму закону Гиббса — Коновалова. По этому закону равновесный состав паровой и жидкой фаз в азеотропцых точках одинаков. Следовательно, в азеотронных точках кривые фазового равновесия пересекают диагональ, причем кривая на рис. 3 соответствует бинарной смеси с минимумом температуры кипения (например, этанол — вода ), а кривая на рис. 4 — бинарной смеси с максимумом температуры кипения (например, хлористый водород — вода ). [c.11] Аналогично при ректификации азеотропной смеси с максимумом температуры кипения смесь, более или менее близкая к составу азеотропа, будет получаться в качестве нижнего продукта, а в качестве верхнего продукта — тот из компонентов, содержание которого в исходной смеси превышает содержание его в азеотропе. [c.12] Поэтому при расчете процесса ректификации той или иной азеотропной смеси используется лишь один из участков кривой равновесия, расположенных вправо или влево от азеотропной точки в зависимости от состава исходной смеси. [c.12] Необходимо отметить, что в литературе часто встречаются термины, определяющие азеотропные смеси, как нераздельно-кипящие , или постоянно-кипящие , т. е. смеси, разделение которых методом ректификации невозможно . [c.12] Однако известное свойство азеотронных смесей изменять свой состав с изменением температуры (давления), открытое также Коноваловым til, позволяет производить полное разделение их на практически чистые компоненты методом ректификации под различными давлениями. [c.12] В качестве примера на pw . 5 приведены изобарные кривые фазового равновесия жидкость — пар смеси этиловый спирт— вода для двух различных давлений. Кривая фазового равновесия 1 отвечает атмосферному давлению, под которым азео-тропная смесь имеет температуру кипения 78,15 и состав 90 мол.% этилового спирта и 10 мол. % воды. [c.12] Кривая фазового равновесия 2 отвечает давлению р=1Ъ ama, под которым азеотропная точка имеет температуру кипения 250° и состав —70мол. % этилового спирта и. 0 мол. % волы [5]. [c.13] Таким образом, если колонна 1 работает в соответствии с кривой фазового равновесия 1, точнее в соответствии с ее участком, расположенным влево от азеотропной точки, то колонна 2 работает в соответствии с кривой фазового равнове-вия 2, точнее в соответствии с ее участком, расположенным вправо от азеотропной точки. [c.13] Как будет показано ниже, этот способ применим и для разделения многокомпонентных азеотронных смесей [7]. Следовательно, он является общим и действительным во всех без исключения случаях, в отличие от других существующих способов (например, азеотропная дистилляция, экстрактивная дистилляция и др.), из которых ни один нельзя признать универсальным. [c.14] Необходимость применения здесь повышенных давлений или вакуума не может служить препятствием при современном уровне техники. Более того, работа при повышенных давлениях или вообще при достаточном перепаде давлений позволяет использовать тепло с более высокой температурой, выделяющееся в дефлегматоре колонны повышенного давления. В частности, это тепло может быть использовано, например,, для обогрева колонны пониженного давления по известному принципу двухкорпусной ректификации или для других целей [8]. Поэтому такой универсальный способ разделения азеотронных смесей при рационально организованной технологической схеме может оказаться в ряде случаев наиболее эко-но.мичным по сравнению с другими, а иногда пока и единственно возможным. [c.14] Надо сказать, что даже и в настоящее время все другие более совершенные методы расчета представляют собой, в конце концов, лишь более или менее упрощенные модификации ступенчатого метода Сореля. [c.15] Вернуться к основной статье