| Дәріс 13. Сұйықтарды айдау.
Дәріс жоспары.
1. Жалпы түсінік. Сұйық-бу жүйедегі тепе-тендік.
2. Айдау. Ректификация.
3. Ректификациялық аппараттардың түрлері.
Екі немесе одан көп құрастырушылардан құралған біртекті сұйық қоспаларды ажыратуда жиі қолданылатын тәсілдердің бірі айдау (дистилляция және ректификация) процесі болып табылады. Егер бастапқы қоспа қайнау температуралары әртүрлі екі құрастырушылардан құралса (яғни бинарлы қоспалар) онда буланған кезде төмен температурада қайнайтын құрастырушы (қысқаша ТҚ) буға айналады, ал жоғары температурада қайнайтын құрастырушы (қысқаша ЖҚ) сұйық күйінде қалады. Пайда болған буды конденсациялағанда, дистиллят деп аталатын сұйықты алады. Буланбай қалған сұйық бөлігін қалдық деп атайды. Сонымен, айдау нәтижестнде ТҚ дистиллятқа, ал ЖҚ - қалдыққа өтеді. Бұл процесті жай айдау деп атайды. Жай айдауда - қоспа кұрастырушыларын толық ажыратып, оларды таза күйінде алу мүмкін емес. Құрастырушынын екеуі де ұшқыш, яғни екеуі де әртүрлі дәрежеде буға айналады. Сондықтан пайда болған бу таза ТҚ-дан құралмайды. ТҚ-нын ұшқыштық дәрежесінің жоғарылығынан ЖҚ-ға қараған көп дәрежеде буланады, яғни пайда болған будағы онын мөлшері бастапқы қоспадағы мөлшеріне қарағанда көп болады. Сонымен, бастапқы қоспадағы мөлшеріне қарағанда дистилляттағы ТҚ-ның, ап қалқықтағы ЖҚ-нын мөлшері көп болады. Жоғарыда келтірілген құбылыстын өзі жай айдау процесінін буландырудан негізгі айырмашылығын көрсетеді. Буландырудағы ертіндінің бір құрастырушысы /еріген зат/ ұшқыш еместе, тек ұшқыш құрастырушы /еріткіш/ ғана буға айналады.
Сұйық қоспаны құрастырушыларға толық ажырату үшін айдаудың күрделілеу тәсілі- ректификация колданылады. Ректификация процесі қоспаны буландырғанда пайда болған будың, оны конденсациялағанда пайда болған сұйықпен көп рет жанасу нәтижесіндегі массаның алмасуына негізделген. Бұл процес колонналы аппараттарда өткізіледі. Сұйық фазадан ТҚ буға өтеді, ал бу фазадан ЖҚ суйыққа өтеді. Сонымен, колоннадағы жоғары көтерілетін бу ТҚ-мен, а төмен қарай ағатын сұйық ЖҚ-мен байытылады. Колоннаның жоғары жағынан шығатын бу негізінен ТҚ-дан құралған болады. Бул бу бөлек аппаратта конденсациялаңып екі бөлікке бөлінеді. Бір бөлігі дистиллят немесе ректификат деп аталады. Екінші бөлігі флегма деп аталады ол аппаратқа қайтадан беріледі. Флегма (аппаратқа қайтадан берілетің сұйық) негізінен ТҚ-дан құралған болады да, колоннадан жоғары көтерілетін бумен жанасады. Колоннанын төменгі жағындағы, негізінен ЖҚ-дан құралған сұйық кубтық қалдық деп аталады.
Қазіргі кезде химиялық технологияның көптеген салаларында ректификация тәсілі кенінен қолданылуда: спирт, мұнай және синтетикалық каучук, вино, эфирлі майлар өндірістерінде.
Біртекті сұйық қоспаларды құрастырушыларға толық ажырату ректификация тәсілімен атқарылады. Ректификация процесінің мәні t-x,у диаграммасы жәрдемімен түсіндіруге болады.
Концентрациясы x1 бастапқы қоспа қайнау температурасы t1-ге дейін ысытылғанда, сұйықпен тепе-теңдікте болатын бу (в-нүкте) алынады. Бу конденсацияланғанда концентрациясы t 2-ге тен сұйық пайда болады.
Бұл сұйық t2 температураға дейін ысытылғанда бу (d-нүкте) пайда болады және ол конденсацияланғанда концентрациясы х3 сұйық алынады және т.с.с. Сонымен, сұйықтың булану және будың конденсациялану процестерін кезегімен бірнеше рет өткізіп, таза ТҚ-дан құралған сұйық (дистилят) алуға болады.
Ректификация процесін қарампайым көп сатылы қондырғыда өткізуге болады: 1-сатыда бастапқы қоспа буланады; 2-сатыға 1-сатыда қалған сұйық беріліп буланады; 3-сатыға 2-сатыда қалған сұйық беріледі және т.с.с. Осылай көптеген сатылардан ТҚ-мен байытылған бу және ЖҚ-мен байытылған сұйық алуға болады. Бірақ мұндай қондырғылар үлкен және олардағы жылу шығыны көп болады; дистиллят пен қалдық аз мөлшерде алынады.
Сұйық қоспаларын ықшамды ректификациялық колонналарда толық ажырату экономикалы тиімді. Ректификация процесі өзара тепе-теңдікте емес сұйық және бу фазаларының ағындарын бірнеше рет жанастыру арқылы өткізіледі. Бұл фазалардың көп рет жанасуының арқасында бу ТҚ-мен, ал сұйық ЖҚ-мен байытылады.
Ректификация процесі мерзімді және үздіксіз әрекетті қондырғыларда әртүрлі қысымда (атмосфералық, вакуумда және атмосфералық қысымнан жоғары) өткізіледі.
Жоғары температурада қайнайтын қоспаларды вакуумда, ал қалыпты температурада газ күйінде болатын қоспаларды жоғары қысымда ажыратады.
Мерзімді әрекетті қондырғылар. Бастапқы қоспа кубқа құйылады. Кубтың ішіне ирек құбыр орнатады. Ирек құбыр арқылы ысытатын бу беріліп, қоспа қайнау температурасына дейін ысытылады. Кубта пайда болған бу колоннаның төменгі жағына беріледі. Колонна ішіне табақшалар немесе насадкалар орнатылады. Колоннаның жоғарғы жағына флегма беріледі. Сонымен колоннада бу және сұйық фазалар арасында масса алмасу процесі өтеді. Будағы жоғарғы температурада қайнайтын құрастырушы (ЖҚ) конденсацияланады, бұл кездегі бөлінген жылу флегмадағы төменгі температурада қайнайтын құрастырушының (ТҚ) булануына жұмсалады. Бу колонна бойынша жоғары көтерілген бұл процесс көп рет қайталанылады. Осының нәтижесінде көтерілген бу ТҚ-мен байытылып, дефлегматорда конденсацияланады.
Дефлегматордан шыққан сұйық екіге бөлінеді: бір бөлігі флегма деп аталып колоннаға қайта беріледі, ал екінші бөлігі дистиллят суытқыш арқылы жінағышқа беріледі. Флегма төмен қарай ағып сифон арқылы кубқа беріледі. Сонымен, ректификация нәтижесінде қоспа құрастырушыларға толық ажыратылады: ТҚ дистиллят (өнім) түрінде жинағышқа жиналады, ЖҚ кубтың қалдық түрінде кубта қалады.
Кубтық қалдықтың қажетті концентрациясында процесс тоқтатылады да, қалдық кубтан шығарылады. Қалдықтың қажетті концентрациясын оның қайнау температурасымен анықтайды. Мерзімді әрекетті ректификацияда концентрация уақыт бойынша өзгереді. Сондықтан, алынатын өнімнің концентрациясы тұрақты болу үшін процесті флегма санын өзгерту арқылы (бастапқы аз, ал соңында ең көп) өткізеді. Егер флегма саны тұрақты болса, онда өнімнің концентрациясы біртіндеп азаяды. Мұның бәрі мерзімді процесті басқарудың және есептеудің қиындығына әкеліп соғады.
Достарыңызбен бөлісу: | 
