Разделение жидких смесей путем перегонки

Перегонка жидкостей – процесс, в котором разделяемая жидкая смесь нагревается до кипения, а образующийся пар отбирается и конденсируется. В результате из пара получают жидкость-конденсат, состав которой отличается от состава начальной жидкой смеси. Различают простую перегонку, перегонку в равновесии и ректификацию.

Простая перегонка

При простой перегонке образующийся пар сразу же отводят и конденсируют. Пусть исходная жидкая смесь имеет состав X_o. Нагреем ее до температуры кипения (точка a₁).

Образующаяся паровая фаза имеет состав X₁ и при конденсации дает жидкость, обогащенную компонентом B по сравнению с исходной жидкой смесью.

Перегонка в равновесии

При простой перегонке количество пара, образующегося при температуре, соответствующей точке a₁, достаточно мало. В этой связи, при перегонке в равновесии исходную жидкую смесь состава X_o нагревают до более высокой температуры, например до температуры, соответствующей точке с. При этом получают гораздо большее количество пара состава X₂ с содержанием компонента B меньшим, чем в паровой фазе состава X₁, но большим, чем в исходной жидкой смеси.

Простую перегонку и перегонку в равновесии обычно применяют для разделения смесей, состоящих из легколетучего вещества с некоторым содержанием труднолетучих веществ, а также для очистки веществ от примесей, смол и загрязнений. При этом сконденсированные пары называют дистиллятом, а оставшуюся неиспаренной жидкость – остатком.

Ректификация

Наиболее совершенным процессом разделения жидких смесей является ректификация, объединяющая последовательный ряд перегонок в равновесии в один автоматизированный процесс. Аппарат состоит из куба с исходной жидкой смесью и колонны с рядом «тарелок».

Жидкость состава X₁ закипает при температуре Т₁ и образующийся пар состава Y₁ поднимается на первую (самую нижнюю) «тарелку», где находится конденсат (флегма), более богатый летучим компонентом B, чем исходная жидкая смесь.

Пар, проходя через флегму, заставляет ее кипеть, а сам охлаждается на величину ΔT. При этом он частично конденсируется в жидкость состава X₂, а новый пар состава Y₂ поднимается на следующую тарелку, где процесс повторяется. По мере поднятия пара в ректификационной колонне он все более и более обогащается летучим компонентом B, и на выходе из колонны получается чистый компонент B, если число тарелок достаточно велико. Жидкость на тарелках при их переполнении стекает вниз и обогащается менее летучим компонентом A, ее температура кипения постепенно повышается от Т₁ до T_A°, а состав изменяется от Х₁ до A.