Ректификация

Ректификация, процесс разделения смеси жидкостей, проводимый настолько тщательно, что получаемые в результате его компоненты являются практически чистыми веществами. В промышленности под Р. понимают также и процесс отделения загрязнений от основного продукта (например винного или древесного а, бензола). Методы Р. основаны на применении многократного частичного испарения жидкости с многократной же частичной конденсацией ее паров, что и позволяет концентрировать отдельные составные части жидкости; для осуществления такой концентрации Р. требует б. или м. значительного расхода тепла. Для практического выполнения Р. в промышленности как правило применяют колонные аппараты (смотрите), которые поэтому очень часто называют ректификацион-н ы м и. Главной задачей Р. является возможно сильное концентрирование примесей для наиболее полного их отделения от основного продукта. Чтобы иметь возможность осуществить это и поддерживать процесс Р. в требуемом направлении, необходимо точное знание всех физико-химических особенностей разделяемых веществ. Разделение любой смеси жидкостей путем перегонки (смотрите) основывается на преобладании более летучих компонентов в паровой фазе, нежели в жидкой. По относительная степень летучести тех или иных веществ как общее правило является величиной переменной и иногда даже получает обратное значение. В теории Р. для понимания течения процесса имеет большое значение т. н. к о э ф и ц и е н т Р. К, являющийся ф-ией относительной летучести той или иной примеси и основного ректификуемого вещества и выражающий собой отношение:

g _ % примеси к ректификату в парах

% примеси к ректификату в жидкости

Если для определенной примеси К> 1, то содержание ее увеличивается в паровой фазе и она м. б. удалена в форме конденсата; если К<1, то, наоборот, примесью обогащается жидкая фаза, конденсат же получается в более чистом, ректификованном состоянии; при К=1 содержание примесей в паровой и жидкой фазах остается без изменения. Значение К изменяется не только с характером приме сей, но и с крепостью содержащего их ректификуемого вещества. На приведенной диаграмме (фигура 1) представлены значения К для главнейших примесей винного а, где кривая А—для амилового а, кривая В— изоамилового эфира изовалериановой кислоты, кривая В—изоамилового эфира уксусной к-ты, кривая Г—этилового эфира изовалериановой к-ты, кривая Д—этилового эфира мае-

Показатели

ляной к-ты, кривая Е—этилового эфира уксусной к-ты, кривая Ж—метилового эфира уксусной к-ты, кривая 3—этилового эфира муравьиной к-ты. Значение К> 1 относится к головным, а К< 1—к хвостовым примесям. Создание таких условий процесса, которые обеспечивали бы возможно высокое значение К для головных примесей при их отборе и понижали бы К для хвостовых при выделении ректификата, и составляет основную задачу Р. Это достигается соответственным ведением процесса и целесообразной конструкцией колонных аппаратов.

СущностьР.и основные приемы ее выполнения легко м. б. уяснены на Р. винного а, как лучше всего изученной. -сырец, получаемый из бражки (смотрите ) помимо основной своей составной части—этилового а—содержит в себе еще целый ряд (до 50) веществ, являющихся примесями, которые нужно удалить, чтобы придать винному у требуемую чистоту для его применения, ббщийхимич.характер иколичество примесей, содержащихся в 90°-ном е-сырце, можно видеть из следующих данных его состава: к-т 78,8—103,5 мг на 1 л, легких эфиров 204·,6—274,5 мг на 1 л, альдегидов и фурфурола 0,01—0,17% (объёмных), высших ов и их эфиров 0,397—0,492% (объёмных). Если исключить из этих примесей к-ты, которые м. б. переведены нейтрализацией в нелетучие соли, то все остальные вещества м. б. отделены от а лишь путем Р. В условиях заводского производства головные легко кипя-. щие эфиры и альдегиды носят название эфиров, тогда как хвостовые тяжело кипящие высшие ы и их эфиры называются сивушными маслами (смотрите). Практически Р. не дает однако химически чистого а, а позволяет лишь значительно снизить содержание указанных примесей, сводя их от 0,50% в сырце до 0,01% в ректификате.

Р. а может выполняться как в периодических, так и в непрерывно действующих аппаратах. Отличительной особенностью пер вых является то, что выведение из них всех отгоняемых фракций осуществляется в одном месте—в верхней части колонны (смотрите Колонные аппараты), но вместе стен самое выделение составных частей смеси происходит последовательно во времени, поэтому состав жидкости и паров, заполняющих колонну, постоянно изменяется. ПриР. а вначале колонна обогащается наиболее летучими легкими головными примесями, концентрация которых падает в нижней части колонны, где скопляется, сравнительно свободный от легких, но загрязненный тяжелыми примесями. После того как главная масса эфиров отогнана, верхняя часть колонны постепенно заполняется достаточно чистым ом, крепость которого также понижается по направлению к низу колонны. Что касается тяжелых хвостовых примесей, то все они стремятся подняться в верхние части колонны, и это происходит до тех пор, пока соответствующие им коэф-ты (показатели) Р. К> 1; но как скоро эти примеси попадают в такие условия, при которых К<1, то возможность движения их вверх исчезает, и примеси скопляются в тех местах колонны, где соответствующие значения К=1. Так наир., для амилового а (кривая А диаграммы) критич. значение ЙГ=1 соответствует крепости очищаемого а в 42%, поэтому амиловый может свободно подниматься вверх по колонне только до тех пор, пока соответствующий ему К> 1, то есть до тарелок с крепостью немного выше 42%, т. к. при дальнейшем прохождении через тарелки с более крепким ом, где его if <1, он будет сливаться обратно вниз стекающей флегмой. Подобно амиловому у ведут себя и другие примеси, в результате чего каждая из них скопляется в определенном месте колонны и передвигается по последней лишь по мере изменения крепости содержащего их а. В непрерывно действующих аппаратах весь процесс Р. является до конца расчлененным, причем отдельные стадии этого процесса происходят в различных, но вполне определенных местах аппарата, а поэтому выделение продуктов Р. производится также в различных пунктах, по месту их наибольшей концентрации.

• На фигуре 2 представлена схема типичного непрерывно действующего ректификационного аппарата. -сырец из сборника А проходит предварительно рекуператор Б тепла отходящей флегмы и входит в питательную тарелку исчерпывающей части колонны В, где и отделяет, по пути вниз, большую часть содержащихся в нем легких головных примесей. Последние поднимаются в верхнюю закрепляющую часть колонны В, где концентрируются и отводятся из системы через дефлегматор, холодильник и фонарь Г. Лишенный головных примесей сырец через Д аналогичным образом поступает в нижнюю часть колонныЕ, где флегма окончательно освобождается от а и сопутствующих примесей, которые поднимаются в верхнюю, закрепляющую часть колонны Е, и распределяется там по тарелкам, соответственно значениям К. В самой верхней части колонны концентрируются те ускользнувшие из колонны В головные примеси, для которых значение К при высоких концентрациях а близко к 1, тогда как чистый крепкий концентрируется преимущественно в местах колонны,

лежащих на три-пять тарелок ниже, откуда •он и отбирается через самостоятельный холодильник Ж. Подобный прием отбора а, минуя верхнюю часть колонны, носит название пастеризации. Что же касается головных примесей из верхней части колонны Е, то они через дефлегматор и холодильник отводятся в самостоятельный фонарь 3. Наконец по мере понижения крепости а на тарелках колонны Е в последней создаются

зоны скопления тех или иных хвостовых примесей, для удаления которых и устраиваются •специальные выводные отверстия.

При промышленном выполнении Р. а, в случае работы на периодич. аппаратах Са-валя, -сырец предварительно разжижают до 40—45% крепости, что облегчает отде-ление головных примесей, а затем, по мере хода перегонки, последовательно отбирают ряд сортов по следующей примерной схеме:

Головные Ректификат Хвостовые

III-II I II—III

3 — 8% 80% 8 — 2%

Полученные при этом II и III сорта, поскольку они содержат еще, подвергаются дополнительным перегонкам с соответствующей сортировкой, пока общий выход I сорта, то есть ректификата, не составит 95,0—97,5%, & остальное приходится на отходы и потери. При работе на непрерывно действующих аппаратах, специально сконструированных для Р. винного а (например Барбе, Гильома), окончательный результат Р. в тех же цифрах достигается сразу без дополнительных перегонок. Для облегчения процесса Р. иногда применяют химия, очистку сырца хамелеоном, а также •фильтрование через уголь. Общий расход пара на Р. а, в зависимости от конструкции аппаратов, колеблется от 1,8 до 2,5 килограмм и воды 15—20 л, считая на 1 л ректификата.

Аналогичным путем производится Р. и других промышленных жидкостей: метилового а, ацетона, различных эфиров, бензина и тому подобное. Хотя отчетливое знание свойств всех составных частей ректификуемого сырца и обеспечивает рациональное проведение Р. однако даже и при неизученных свойствах ректификуемой жидкости применение достаточно сильных периодич. колонных аппаратов вполне обеспечивает выполнение Р. в желательной степени. В этом отношении периодич. аппараты, как позволяющие производить последовательный отбор фракций и сортировку их, имеют значительное преимущество перед непрерывно действующими колоннами.

В тех случаях, когда ректификуются смеси, обладающие минимумом разделение по добных бинарных смесей на компоненты обычными приемами Р. оказывается невозможным. Из таких смесей наибольший интерес представляет винный, имеющий минимум t°mm. 78,2 при крепости а 95,6%, которая является пределом для ректификованного а. Для обезвоживания или получения абсолютного винного а за последнее время предложен целый ряд методов. Одним из простейших решений этой задачи является перегонка а под вакуумом, так как критич. точка, соответствующая минимуму Г„_ии ., при понижении давления сдвигается в сторону абсолютного а и при 70мм рт. ст. исчезает. Другой промышленный метод (С. Юнга) основан на образовании тройной смеси с новым, более низким минимумом t°_Km. В случае прибавки к у бензола, новый минимум оказывается при 64,9° и соответствует составу 7,5% воды, 18,5% аи 74,0% бензола. Поэтому при перегонке водного а с бензолом, к-рый прибавляют в количестве около 70% от веса а, образующаяся тройная смесь увлекает с собой из а воду. Получающийся при этом раствор а с бензолом ректификуется обычными приемами на абсолютный и бензол,точно так же из тройной смеси отгоняется бензол, а остаток водного а идет обратно на обезвоживание. Все эти операции связаны и согласованы в одной непрерывно действующей установке, потребляющей 2,4 килограмма пара на 1 л абсолютного

СПИрТа. А. Дергвягин.

Лит.: см. Колонные аппараты.