Ректификация процесінің теориялық негіздері

1.1 Ректификация процесінің теориялық негіздері

Сұйық қоспаны құрастырушыларға толық ажырату үшін – ректификация процесі қолданылады. Процестің қозғаушы күші – концетрациялар айырмасы. Ректификация процесі диффузия және тепе-теңдіктің сақталу заңдарымен басқарылады. Ректификаттау арқылы металл балқымалары, ауа, этан-пропилен, жоғары май қышқылы, мұнай, т.б. қоспаларды бөлу орындалады. Нәтижесінде қоспалар ажыратылып, жекеленген компоненттер әртүрлі өнім алу үшін пайдаға асырылады. Сондықтан ректификация процесінің химиялық технологиядағы, химия өнеркәсібінің өркендеуіндегі орны ерекше.

Ректификация процесі қоспаны буландырғанда пайда болған будың, оны конденсациялағанда пайда болған сұйықпен көп рет жанасу нәтижесіндегі масса алмасуына негізделген. Бұл процесс колонналы аппараттарда өткізіледі. Сұйық фазадан төменгі қайнау (ТҚ) буға өтеді, ал бу фазадан жоғарғы қайнау (ЖҚ) сұйыққа өтеді. Нәтижесінде колоннадағы жоғары көтерілетін бу ТҚ ‒ мен ал төмен қарай ағатын сұйық ЖҚ ‒ мен байытылады. Колоннаның жоғарғы жағынан шығатын бу негізінен ТҚ ‒ дан құралады. Бұл су бөлек аппаратта конденсацияланып екі бөлікке бөлінеді. Бір бөлігі дисстиллят немесе ректификат деп аталады. Екінші бөлігі флегма деп аталады және ол аппаратқа қайтадан беріледі. Флегма негізінен ТҚ ‒ дан құралады және колоннадан жоғары қарай көтерілетін бумен жанасады. Колоннаның төменгі жағындағы ЖҚ – дан құралған сұйық кубтық қалдық деп аталады. Бұл процестің мәнін 1 – сурет арқылы t – x, y диаграммасы жәрдемімен түсіндіруге болады.

Сурет 1 - Көп құрастырушы қоспаны ректификация жолымен ажыратудағы t – x– y диаграммасы

Концентрациясы Х1 бастапқы қоспамен қайнау температурасы t1-ге дейін ысытылған сұйықтықтан тепе-теңдікте болатын бу алынады (в-нүкте). Бу конденсацияланғанда концентрациясы Х2 ‒ ден сұйық пайда болады. Бұл сұйық t2 температураға дейін ысытылағанда бу пайда болады (d-нүкте) және ол конденсацияланғанда концентрациясы Х3 сұйық алынады және т.с.с. Сонымен, сұйықтың булану және будың конденсациялану процестерін кезегімен бірнеше рет өткізіп, таза төмен температурада қайнайтын құрастырушыдан құралған сұйық алуға болады.

Ректификация процесін қарапайым көп сатылы қондырғыда да өткізуге болады: I- сатыда бастапқы қоспа буланады, I- сатыда қалған сұйық II- сатыға беріліп буланады; I- сатыға II- сатыда қалған сұйық беріледі. Осылайша көптеген сатылардан төмен температурада қайнайтын құрастырушылармен байытылған бу және жоғары температурада қайнайтын құрастырушылармен байытылған сұйық алуға болады. Бірақ, мұндай қондырғылар үлкен, жылу шығыны көп болады және дистиллят пен қалдық аз мөлшерде алынады.

Ректификация процесі өзара тепе-теңдікте емес сұйық және бу фазаларының ағындарын бірнеше рет жанастыру арқылы және мерзімді әрекетті, үздіксіз әрекетті қондырғыларда әр түрлі қысымда өткізіледі. Жоғары температурада қайнайтын қоспаларды вакуумда, ал қалыпты температурада газ күйінде болатын қоспаларды жоғары қысымда ажыратады.

Ректификация процесінің өтуіне әсері аз, бірақ есептеуді жеңілдететін мынадай шарттар қабылданған:

- колоннаның кез-келген көлденең қимасынан көтерілетін будың мөлшері тұрақты Gбу = const.

- колоннадан шығып, дефлегматорға берілетін будың құрамы дистилляттың құрамына тең Ур = Хр.

- қайнатқыш кубтан көтерілетін будың құрамы, кубтың төменгі жағына ағып түсетін сұйықтың құрамына тең Уw = Хw.

- бастапқы қоспа колоннаға қайнау температурасына дейін ысытылып беріледі.

- қайнатқыш кубқа жылу тұйық бумен беріледі.

Қарапайым және күрделі қоспалардың ректификациясы үздікті және үздіксіз жұмыс істейтін колонналарды жүзеге асырылады. Колонналар алынатын заттың мөлшеріне қарай қарапайым