Экстрактивная ректификация

Экстрактивная ректификация применяется для разделения смесей с близкими летучестями компонентов или азеотропных смесей. Часто бывает выгоднее не понижать давление для увеличения относительной летучести компонентов смеси, а добавлять в нее с этой целью еще один компонент – разделяющий агент. Разделение смеси близкокипящих компонентов с помощью обычной ректификации, как правило, нецелесообразно экономически при коэффициенте относительности летучести a<1,05; так как в этом случае требуется слишком большое количество тарелок в колонне и большое флегмовое число. Например, при уменьшении a с 1,2 до 1,03 количество требуемых для разделения смеси тарелок при одинаковых условиях увеличивается примерно в 10 раз. Если смесь имеет азеотроп, то ее вообще невозможно разделить с помощью обычной ректификации, так как в точке азеотропа a=1. Добавление разделяющего агента, увеличивающего относительную летучесть компонентов исходной смеси или разрушающего азеотроп, позволяет более эффективно разделять такие смеси. Но в этом случае происходит увеличение числа компонентов смеси и для ее четкого разделения требуется дополнительная колонна. Разделяющий компонент при экстрактивной ректификации должен удовлетворять следующим требованиям:

1) значительно увеличивать относительную летучесть компонентов исходной смеси или разрушать азеотроп;

2) обладать малой летучестью;

3) не образовывать азеотропов с компонентами исходной смеси;

4) легко от них отделяться, то есть регенирироваться;

5) быть термически стабильным, неагрессивным, недорогим и желательно нетоксичным.

Изменение относительной летучести компонентов в исходной смеси при добавлении разделяющего агента возможно лишь в случае, если он образует с ними неидеальную смесь. При этом разделяющий агент должен взаимодействовать с компонентами исходной смеси по-разному, то есть различным образом влиять на их летучесть. Таким образом, компоненты исходной смеси должны принадлежать к различным классам химических соединений. В наибольшей степени увеличивается летучесть компонента, если он образует с разделяющим агентом смесь с ограниченной растворимостью. Схема установки для экстрактивной ректификации бинарной смеси представлена на рис.14.33.

Исходная смесь А + В направляется в колонну 1 на тарелку питания. В верхнюю часть колонны несколько ниже ввода флегмы подается разделяющий агент С, опускаясь вниз по колонне, он увлекает за собой менее летучий компонент В, как бы экстрагируя его. Отсюда и название – экстрактивная ректификация. Смесь компонентов В и С собирается в виде кубового остатка, а дистиллят, состоящий в основном из более летучего компонента А, отводится из колонны 1 в качестве готового продукта. Кубовый остаток колонны 1 разделяется в колонне 2, откуда дистиллят, в основном компонент В, направляется по назначению, а кубовый остаток, представляющий агент С, возвращается в колонну 1. Расчет колонны для экстрактивной ректификации производится так же, как и для многокомпонентных смесей (разд.14.3.2), учитывая дополнительный ввод потока разделяющего агента. Номер тарелки ввода может служить параметром оптимизации. Оптимизировать следует работу всей установки в целом, включая выбор разделяющего агента и его расход.

Рис.14.33. Схема установки для экстрактивной ректификации бинарной смеси: А, В – компоненты исходной смеси, С – разделяющий агент; 1 – колонна для отделения А от В + С; 2 – колонна для разделения В и С; 3 – кипятильники; 4 – дефлегматоры; 5 – насосы; 6 – делители