РЕКТИФІКАЦІЯ

РЕКТИФІКАЦІЯ (лат. rectificatio — виправлення, випрямлення)процес розподілу рідких сумішей на практично чисті компоненти чи фракції, які відрізняються Ткип. Процес відтворюється шляхом контакту потоків пари і рідини у колонних апаратах. При кожному контакті з рідини випаровується переважно легкозакипаючий компонент (ЛЗК), яким збагачується пара, а з пари конденсується переважно висококиплячий компонент, який переходить у рідину. Такий двосторонній обмін компонентами за умови, що він повторюється багаторазово, дозволяє отримати пару, яка містить більшу частку ЛЗК. Ця пара після конденсації в окремому апараті дає дистилят (ректифікат) і флегму-рідину, яку розвертають для зрошування колони і взаємодії з парою, що підіймається. Пару отримують шляхом часткового випаровування рідини-залишку в кип’ятильнику (кубі) знизу колони. При Р. рідина, яка розподіляється, подається в середню частину колони; дистилят D відбирається з дефлегматора, в якому конденсується пар, а збіднений ЛЗК кубовий залишок видаляється з кубу колони. Флегма поступає для зрошування у верхню частину колони. Матеріальний баланс за ЛЗК для всієї установки Р. має вигляд: GF · XF = GP · XP + GW · XW, де GF (GF = GP + GW), де GP, GW — кількість суміші, що розподіляється, дистиляту та кубового залишку відповідно (у молях); XF, XP, XW — вміст ЛЗК у суміші, що розподіляється, дистиляті та кубовому залишку відповідно (у мольних долях). Рушійна сила Р. — це різниця між фактичними (робочими) і рівноважними концентраціями компонентів у паровій фазі, яка відповідає даному вмісту рідинної фази. У кожному укріплюючому перетині частини колони (ця частина знаходиться вище місця введення початкової суміші) концентрація ЛЗК у парі Y зв’язана з його концентрацією у рідині X рівнянням робочої лінії: Y = X · R/(R + 1) + XP/(R + 1), де R = GФ/GP — флегмове число; GФ — кількість флегми (у молях). Для вичерпної частини колони (це та частина, яка знаходиться нижче від місця введення початкової суміші до колони) рівняння залежності між робочими концентраціями має вигляд: Y = X · (R + f) / (R +1) + XW · (1–f) / (R + 1), де f = GF/GP. Для розрахунку вмісту дистиляту та кубового залишку, а також розподілу концентрацій ЛЗК за висотою колони використовують поняття теоретичного ступеня розподілу, або теоретичної тарілки, на якій рідина та пара, що її залишає, перебувають у рівновазі. Кількість теоретичної тарілки, необхідної для отримання дистиляту та кубового залишку відповідного вмісту, може бути розрахована чи знайдена графічно при залученні рівнянь робочих ліній і залежності рівноважних концентрацій. Р. може відбуватися при атмосферному, збільшеному або при вакуумметричному тиску. При зниженому тиску зменшується Ткип й збільшується відносне випаровування компонентів, при цьому зменшується кількість теоретичних тарілок і з’являється можливість розподіляти термолабільні суміші. Азеотропні суміші (суміші, в яких відносне випаровування дорівнює нулю) розподіляють додаванням допоміжного компонента, який відтворює нові азеотропні суміші з одним або двома компонентами початкової суміші, але іншого вмісту, ніж суміш, яка розподіляється. Це дозволяє виділяти цільовий компонент і суміш, близьку до вмісту нового азеотропу (такий метод отримав назву азеотропної Р.). Якщо до азеотропної суміші додають новий компонент, який збільшує відносне випаровування компонентів, то такий метод має назву екстрактивної Р. За конструкцією ректифікаційні апарати поділяються на насадкові, тарільчасті та роторні. Ефективність тарілчастих контактних апаратів оцінюється ККД, який залежить від гідродинамічних умов процесу, фізико-хімічних властивостей суміші, конструкції контактного обладнання та має межі 0,2–0,8. Значення ККД для кожного типу устаткування, за правилом, розраховується на основі дифузійної моделі масообміну між парою й рідиною або експериментальних даних. Р. широко використовується у фармацевтичній промисловості для отримання великої кількості продуктів складного вмісту (зокрема органічних розчинників), розділення сумішей з метою виділення чистої речовини (етанолу, бензолу та ін.).

Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. — М., 1978; Багатуров С.А. Основы теории и расчета перегонки и ректификации. — М., 1979.