Азеотропная ректификация; схема установки

При азеотропной ректификации обычно используют разделяющий ком­понент С, который образует с одним из компонентов исходной смеси(А или В) азеотропную смесь, обладающую минимальной темпера­турой кипения. Образующаяся более летучая, чем исходная, азеотропная смесь отгоняется в качестве дистиллята, а другой практически чистый ком­понент удаляется в виде остатка.

Рис. ХII-30. Схема установки для экстрактивной ректификации: 1 — экстракционно -ректификационная колонна; 3 — ректификационная колонна для регенерации разделяющего агента.

Рис. ХII-31. Схема установки для азеотропной ректификации: 1—ректификационная колонна; 2—отстойник (сепаратор); 3 —подогреватель.

Иногда можно подобрать разделяющий агент, образующий с одним из компонентов исходной смеси новую азеотропную смесь с максимальной температурой кипения. В этом случае новая азеотропная смесь удаляется в виде остатка, а сверху колонны отбирают 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 данном варианте процесса дистиллят, удаляемый из колонны, представляет собой летучую азеотропную смесь (из трех ком­понентов), а остаток — один из компонентов исходной смеси практически в чистом виде.

Подбор разделяющего агента производят на основе второго закона Вревского (см. стр. 502), указывающего направление изменения состава азеотропной смеси с температурой.

В установке для азеотропной ректификации (рис. ХII-31), проводи­мой с образованием азеотропной смеси, обладающей минимумом темпера­туры кипения, исходная азеотропная смесь (А + В)поступает на питаю­щую тарелку колонны 1, которая орошается сверху разделяющим аген­том С. Сверху колонны удаляется азеотропная смесь компонентов А + С с минимальной температурой кипения (дистиллят), снизу колонны уходит компонент В (остаток).

На рис. ХII-31 показан вариант процесса азеотропной ректификации, когда образующаяся азеотропная смесь состоит из компонентов с резко-отличающейся взаимной растворимостью при разных температурах. В этом случае компоненты А и С, находясь в жидком виде, практически взаимно нерастворимы. Поэтому дистиллят после охлаждения разделяется на компоненты А и С в отстойнике 2. Компонент А является конечным продуктом, а регенерированный компонент С после нагревания в подогре­вателе 3 возвращается на орошение колонны 1. В схеме, показанной на рис. ХII-31, в дефлегматоре колонны 1 конденсируется лишь часть паров (A + С), необходимая для получения флегмы, а остальная часть их сжижа­ется и охлаждается в холодильнике-конденсаторе перед поступлением в отстойник 2.

В качестве примера применения азеотропной ректификации можно указать на процесс разделения азеотропной смеси этиловый спирт — вода (температура кипения ~78 °С), где в качестве разделяющего компо­нента используют бензол, образующий с водой и спиртом тройную азео­тропную смесь с минимумом температуры кипения (~64, 8°С). Остаток, удаляемый из колонны, представляет собой безводный этиловый спирт.

Процессы азеотропной ректификации проводят непрерывным и перио­дическим способами, причем в последнем случае разделяемый компонент полностью загружается в куб колонны вместе с исходной смесью, что упро­щает схему установки.

Основной недостаток азеотропной ректификации по сравнению с экст­рактивной — большой расход тепла, так как при экстрактивной ректи­фикации не требуется испарять добавляемый разделяющий компонент (избирательный растворитель). По этой причине азеотропную перегонку целесообразно применять в непрерывных процессах при малом содержании НК в исходной смеси, что позволяет уменьшить расход разделяющего ком­понента и соответственно расход тепла на его испарение. При азеотроп­ной перегонке подбор разделяющего компонента более затруднителен, чем при экстрактивной, и возможности изменения соотношения количеств исходной смеси и разделяющего компонента более ограничены.