Файл: Девятых Г.Г. Глубокая очистка веществ учеб. пособие.pdf

Тогда скорость реакции распада очищаемого вещества, если скорость обратной реакции незначительна, выразит­ ся уравнением

где НА — концентрация компонента А в жидкой фазе в данном элементе объема колонны, моль/см3, в некоторой момент времени; k\ — константа скорости прямой реак­ ции. В соответствии с (II-114) скорость образования при­ меси В (скорость поступления примеси в разделяемую смесь) может 'быть выражена соотношением

CI 1-1 IS)

где %—степень разложения вещества А.

Так как паровой захват в колонне всегда значительно меньше жидкостного захвата, то загрязнением вещества А за счет его частичного разложения в паровой фазе можно пренебречь. Также пренебрегаем изменениями ве­

рассматривается случай, когда уск.1. На основании выше изложенных допущений и с учетом того, что x<C 1, диффе­ ренциальное уравнение, описывающее суммарный про­ цесс (массообмен и термическое разложение) в элементе объема колонны, и уравнение рабочей линии будут иметь вид:

Решая дифференциальное уравнение (H-116) после подстановки в него соотношения (II-117) методом, изло­ женным в предыдущем параграфе, с использованием при­ нятых обозначений, получим выражение для фактора разделения применительно к 'безотборному и отборному режимам соответственно:

79

где T = HztJL — пблное время прохождения потока жид­ кости через колонну.

Сравнивая уравнения (II-118) и (11-119) с соответ­ ствующими уравнениями (П-105) и (II-108), характери­ зующими влияние загрязняющего действия материала ректификационной колонны на глубину очистки, можно видеть, что они действительно по форме идентичны. Это объясняется тем, что как в первом, так и во втором случае скорость поступления примеси принималась величиной постоянной, а содержание примеси в разделяемой смеси по сравнению с содержанием основного очищаемого ве­ щества — пренебрежимо малым.

§ 11. Молекулярная дистилляция

Из изложенного следует, что для успешного проведе­ ния процесса ректификационной очистки интересующего вещества необходимо, чтобы это вещество могло выдер­ живать без заметного разложения длительное кипячение. Если термическая стойкость очищаемого вещества неве­ лика, то ректификацию можно проводить под понижен­ ным давлением, поскольку при этом температура кипе­ ния разделяемой смеси основное вещество — примесь будет ниже, как это следует из уравнения Клаузнуса — Клапейрона:

в котором Р — давление насыщенного пара; ДЯ — тепло­ та испарения вещества при температуре Т.

Учитывая, что при кипении под атмосферным давле­ нием давление насыщенного пара должно быть равно внешнему давлению, и, пренебрегая зависимостью ДЯ от

80

Из уравнения (П-121) видно, что температура кипе­ ния может быть существенно понижена путем уменьше­ ния давления над кипящей жидкостью. Например, когда

Спонижением температуры коэффициент разделения

вдистилляционных методах почти всегда повышается. Кроме того, при пониженном давлении частичная конден­ сация может быть очень избирательной. Поэтому и в ку­

бе, и в конденсаторе ректификационной колонны даже при работе с отбором продукта может иметь место разде­ ление в а раз. При обычной же ректификации такое раз­ деление по существу имеет место лишь в кубе колонны. Отсюда в целом следует, что при проведении дистилляционных процессов под пониженным давлением можно ожидать не только уменьшения вероятности термическо­ го разложения перегоняемой жидкости, но и более высо­ кого эффекта разделения.

К сожалению, это-не распространяется на ректифика­ цию под вакуумом (при давлении ниже 10 торр) ввиду следующих причин. При понижении давления" в колонне увеличивается скорость диффузии в паре, так как коэф­ фициент диффузии в газах обратно пропорционален дав­ лению. Это вызывает улучшение переноса примеси в па­ ровой фазе. Отсюда следует, что, начиная с некоторого давления, скорость массообмена в ректификационной колонне будет лимитироваться диффузией в жидкой фа­ зе и дальнейшее уменьшение давления не будет увеличи­ вать скорость массообмена. Одновременно при пониже­ нии давления увеличивается скорость диффузии в паро­ вой фазе вдоль оси колонны. В соответствии с этим вертикальный градиент концентрации в паровой фазе ко­ лонны падает и разделение смеси ухудшается. Далее, при понижении давления в колонне возрастает также линейная скорость движения пара, что приводит к резко­ му увеличению перепада давления между кубом и кон­ денсатором колонны, вследствие чего в кубе не удается поддерживать низкое давление. В результате ректифика­ ция при давлении ниже 10—20 торр становится неэффек­ тивной.

Очистку веществ, не выдерживающих длительного кипячения при остаточном давлении ~ 10—15 торр, целе-

81

цией. На рис. 25 представлена схема простейшей установ­

конденсация последних. Можно считать, что в идеальном случае молекулы испаряющейся жидкости проходят рас­

тельном аппарате такого давления, чтобы величина сред­ ней длины свободного пробега испарившихся молекул была больше расстояния между поверхностью испарения и -поверхностью конденсации. Вследствие этого молеку­

Коэффициент разделения. Коэффициент разделения для процесса молекулярной дистилляции определяется следующим соотношением:

в данный момент времени. Так как скорость конденсации

82