Содержание работы: Простая перегонка

Перегонка представляет собой процесс однократного частич­ного испарения жидкой смеси и конденсации образовавшихся паров.

Простая перегонка может проводиться с отбором фракций, с дефлегмацией, с водяным паром или под вакуумом (молеку­лярная перегонка).

Фракционная перегонка заключается в постепенном испаре­нии жидкости, находящейся в перегонном кубе (рис. 15.4). Обра­зовавшиеся пары отводятся в холодильник и там конденсиру­ются, а дистиллят собирается в сборнике. Кубовый остаток уда­ляется из куба после окончания процесса. Обогрев куба осу­ществляется насыщенным водяным паром или дымовыми газами.

При испарении смеси содержание легколетучего компонента в дистилляте непрерывно уменьшается от максимального в нача­ле до минимального в конце перегонки. Это позволяет получать несколько фракций дистиллятов различного состава, собирая их в разные сборники. Способ перегонки с разделением смеси на несколько фракций, в различной степени обогащенных летучим компонентом, называется фракционной перегонкой.

При простой перегонке образующийся пар отводится из куба и в каждый данный момент находится в равновесии с остав­шейся жидкостью.

Простая перегонка с дефлегмацией проводится для увеличения степени разделения исходной смеси. В этом случае пары, уходящие из перегонного куба, по­ступают в дефлегматор, где частично конденси­руются. При частичной конденсации образует­ся флегма, обогащен­ная труднолетучим ком­понентом, которая сли­вается обратно в куб и взаимодействует с вы­ходящими из куба па­рами.

Рис. 15.5. Установка для простой перегородки

с дефлегмацией:

1 — куб; 2 — дефлегматор; 3 — конденсатор; 4 —сборники

Пары, обогащенные легколетучим компо­нентом, поступают в конденсатор. Дистил­лят собирается в сбор­никах. Кубовый остаток удаляется из перегон­ного куба после дости­жения заданной кон­центрации X_w.

Перегонку с водяным паром проводят с целью понижения температуры кипения исходной смеси веществ, кипящих при температурах свыше 100 °С, компоненты которой нерастворимы в воде. При такой перегонке отгоняемый компонент получается обычно в виде смеси с водой при температуре кипения или атмо­сферном давлении меньшем, чем температура кипения воды.

Общее давление паров над смесью равно сумме давлений чистых компонентов при той же температуре (Р= Р_А + Р_В). Сле­довательно, при атмосферном давлении парциальное давле­ние водяного пара над смесью

Рв = Р – Ра < Р.

На рис. 15.6 показана диа­грамма для определения темпе­ратур кипения при перегонке с водяным паром, которая опре­деляется как точки пересечения кривой упругости водяного пара с кривыми упругости различных жидкостей.

Рис. 15.6. Диаграмма для определения температуры кипения при перегонке с водяным паром

Рис. 15.7. Установка для перегонки с водяным

паром:

1 — куб; 2 — конденсатор; 3 — сепаратор

По диаграмме тем­пература перегонки бензола с водяным па­ром при атмосферном давлении составляет 69,5 °С, а при р = = 0,0395 МПа — около 46 °С, толуола при ат­мосферном давлении — 85 °С.

Схема установки для перегонки с водя­ным паром показана на рис. 15.7. Исходная смесь загружается в пе­регонный куб, в рубаш­ку которого подается глухой насыщенный во­дяной пар. Внутрь куба в исходную смесь барботируется острый водяной пар. Пары, образующиеся при кипении смеси, посту­пают в конденсатор и далее в сепаратор, где конденсат разделя­ется. Из сепаратора удаляются вода и нерастворяющийся в воде легколетучий компонент, который собирается в сборнике.

Молекулярная перегонка используется для разделения компо­нентов, кипящих при высоких температурах и не обладающих необходимой термической стойкостью. Процесс проводится под глубоким вакуумом, соответствующим остаточному давлению 1.31—0,131 Па.

Молекулярная перегонка протекает путем испарения жидко­сти с ее поверхности. Процесс осуществляется на близрасположенных поверхностях испарения и конденсации, причем рас­стояние между ними (обычно 20—30 мм) должно быть меньше длины свободного пробега молекул. В этом случае отрываю­щиеся от поверхности испарения молекулы летучего компонента

попадают на поверх­ность конденсации и конденсируются на ней. Разность температур между поверхностями испарения и конденса­ции порядка 100 °С.

На рис. 15.8 показа­на схема аппарата для молекулярной перегон­ки. Исходная смесь по­ступает в аппарат через трубу на дно ротора. Под действием центро­бежной силы поступив­шая жидкость поднима­ется в виде тонкой плен­ки по конусу, одновре­менно нагревается из­лучением от электро­нагревателя и испаря­ется. Оторвавшиеся с поверхности испарения молекулы уносятся к поверхностям кон­денсации. Пары менее летучего компонента конденсируются на поверхности 4, а пары более летучих компонентов — на поверх­ности 5. Первая фракция стекает с элементов конденсатора 4 на поддон 8, а вторая конденсируется на змеевике 5 и стекает на поддон 7.

Неиспарившаяся часть жидкости под действием цент­робежной силы переливается через край ротора в отводной желоб и удаляется из аппарата.

Из поддона 8 дистиллят отводится через периферийную сек­цию кольцевого сборника, а из поддона 7 — через центральную секцию.