Дистилляция азеотропных систем

Дистилляция азеотропных систем имеет свои особенности. Эти особенности прежде всего определяются положением температуры кипения азеотропной смеси. В системах с максимальной температурой кипения азеотропной смеси в паровую фазу уходит чистый компонент, которым богаче исходный раствор, а оставшийся кубовый остаток будет представлять азеотропную смесь.

При повышении температуры t кубовый остаток будет обогащаться компонентом В, мольная доля которого увеличивается и достигает максимума при составе, соответствующем азеотропному (N :

(N .

Жидкий раствор из двух компонентов (А,В) можно дистилляцией разделить на чистый компонент В, который составляет кубовый остаток, и паровую фазу азеотропного состава (N . Примером жидкого раствора азеотропного состава с максимумом на кривой температуры кипения является водный раствор хлороводородной кислоты, азеотропная смесь которого при температуре кипения 383,15 К состоит из 20,3% HCl и 79,7% H O.

В системах с минимальной температурой кипения раствора азеотропного состава в пар уходит азеотропная смесь, а оставшийся кубовый остаток представляет собой чистый компонент, которого в исходной жидкости больше, чем в азеотропном растворе. Примером может служить система вода–этиловый спирт состава:96,5% С и 3,5% Н . Температура кипения этого состава 351,30 К, а чистого этанола – 351,45 К.

Рассмотренный нами процесс фракционной дистилляции предусматривает осуществление ряда последовательных стадий, связанных с нагреванием, испарением и конденсацией. Все эти стадии можно осуществить в непрерывном автоматическом режиме. Подобный метод разделения жидких растворов летучих компонентов называют ректификацией, а аппарат – ректификационной колонной.

Элементарной ячейкой этой колонны являются специальные устройства, именуемые тарелками 1. На каждой тарелке пар(поток пара 2, ) пробулькивает через слой жидкости и несколько охлаждается. При этом часть менее летучего компонента В конденсируется, а часть более летучего компонента А переходит из жидкости в пар.

По мере течения процесса верхние тарелки все время обогащаются более летучим компонентом. Жидкость,содержащая значительную часть менее летучего компонента, последовательно минует низлежащие тарелки (3, 3 ,3 ), теряет легколетучий компонент и попадает в нижнюю часть ректификационной колонны.

Процесс взаимодействия пара и жидкости происходит в противотоке. В каждой тарелке пар конденсируется, а жидкость частично испаряется за счет теплоты конденсации пара. В результате многократного взаимодействия пара и жидкости дистиллят, который скапливается в верхней части колонны, содержит почти чистый легколетучий компонент, а в нижней части колонны собирается кубовый остаток, содержащий почти чистый труднолетучий компонент.

Ректификация широко применяется как в производстве, так и в лабораторной практике. Она дает возможность получать в чистом виде или хотя бы обогащенном состоянии составные части исходного раствора. Такие природные материалы, как нефть, или такие производственные продукты, как каменноугольная, древесноугольная и торфяная смолы, представляют собой смеси или растворы большого числа различных химических соединений. Некоторые из них, будучи выделенными из раствора, являются значительно более ценными продуктами, чем исходная смесь в целом.