ДИСТИЛЛЯЦИЯ
(от лат. distillatio-стекание
каплями), перегонка, разделение жидких смесей на отличающиеся по составу
фракции. Процесс основан на различии температур кипения компонентов смеси.
В зависимости от физич. свойств компонентов разделяемых жидких смесей применяют
различные способы Д.
Простая Д. (рис. 1) проводится частичным
испарением кипящей жидкой смеси, непрерывным отводом и последующей конденсацией
образовавшихся паров. Так как пары над кипящей жидкой смесью содержат низкокипящих
компонентов больше, чем жидкость, то конденсат (наз. дистиллятом) обогащается,
а неиспарившаяся жидкость (кубовый остаток) обедняется ими. В дистил-ляционном
кубе / кипит исходная жидкая смесь. Образующиеся пары непрерывно отводятся
в конденсатор 2, где образуется дистиллят, к-рый стекает в приёмник
3.
При
простой Д. содержание низкокипящих компонентов в паровой и жидкой фазах
непрерывно падает. Поэтому состав дистиллята меняется во времени. Простая
Д., осуществляемая по описанной схеме,- периодич. процесс.
Рис. 1.
Для ускорения процесса применяют полунепрерывную
Д., при к-рой в дистилля-ционный куб непрерывно поступает исходная смесь,
равная массе уходящих паров.
Фракционная Д., наз. также дробной перегонкой
(рис. 2),- одна из разновидностей простой Д. Такую Д. применяют для разделения
смеси жидкостей на фракции, кипящие в узких интервалах температур. При
этом дистилляты разных составов отводят (последовательно во времени) в
несколько сборников. В сборник 1 поступает первая по времени порция дистиллята,
наиболее богатая низкокипящими компонентами, в сборник 2-менее богатая,
в сборник 3 - ещё менее богатая и т. д.
Рис. 2.
В каждом из этих дистиллятов (фракциях)
преобладает один или несколько компонентов исходной смеси с близкими темп-рами
кипения. Простую Д. для улучшения разделения смесей часто комбинируют с
противоточной дефлегмацией (рис. 3). При этом образующиеся в кубе
Рис. 3.
1 пары частично конденсируются в дефлегматоре
2,
конденсат
(флегма) непрерывно возвращается в куб, а остаток паров после дефлегматора
поступает в конденсатор 3, откуда дистиллят стекает в сборник 4.
Этим
способом достигается большее обогащение дистиллята низкокипящими компонентами,
т. к. при частичной конденсации (дефлегмации) паров преимущественно конденсируются
высококипящие компоненты.
Равновесная Д. (однократное испарение)
характеризуется испарением части жидкости и продолжительным контактом паров
с неиспарившейся жидкостью до достижения фазового равновесия (рис. 4).
Разделяемая смесь проходит по трубам /, обогреваемым снаружи топочными
газами. Образовавшаяся при этом парожидкостная смесь, близкая к равновесному
состоянию, поступает в сепаратор 2 для механич. отделения жидкости
от пара. Пары (П) из сепаратора поступают в конденсатор, откуда дистиллят
стекает в приёмник, а оставшаяся в сепараторе жидкость отводится в сборник.
В этом процессе соотношение между паром и жидкостью определяется материальным
балансом и условиями фазового равновесия. Равновесная Д. редко применяется
для двухкомпонентных смесей; хорошие результаты получают в основном в случае
многокомпонентных смесей, из к-рых можно получить фракции, сильно различающиеся
по составу.
Рис. 4.
Д. в токе водяного пара или инертных газов
применяют, когда необходимо понизить темп-ру процесса отгонки, в случае
разделения нетермостойких компонентов, а также для отгонки веществ с низкой
темп-рой испарения от компонентов с высокой темп-рой испарения. Пузырьки
водяного пара или инертного газа барботируют через слой жидкости (см. Барботирование).
При
Д. с водяным паром образовавшаяся смесь паров воды и летучего компонента
отводится из аппарата и подвергается конденсации и охлаждению. Состав образующихся
в кубе паров не зависит от состава жидкости, а температура кипения смеси
всегда ниже температуры кипения каждого из компонентов при данном давлении.
При Д. с инертным газом компоненты раствора испаряются в поток газа, даже
если раствор не кипит, а парообразование при испарении может происходить
при любых температурах, вне зависимости от внешнего давления, что позволяет
вести процесс при низких температурах.
Молекулярная Д. основана на разделении
жидких смесей свободным их испарением в высоком вакууме 133-13,3 мн/м2(10-3-10-4мм
рт.ст.) при темп-ре ниже точки их кипения. Процесс проводят при взаимном
расположении поверхностей испарения и конденсации на расстоянии, меньшем
длины свободного пробега молекул перегоняемого вещества. Благодаря вакууму
молекулы пара движутся от испаряющей поверхности к конденсирующей с минимальным
числом столкновений. При молекулярной Д. изменение состава пара по сравнению
с составом жидкости определяется различием скоростей испарения компонентов.
Поэтому этим способом можно разделять смеси, компоненты к-рых обладают
одинаковым давлением паров. При данной темп-ре жидкости и соответствующем
ей давлении паров скорость молекулярной Д. растёт с понижением давления
в аппарате.
Для уменьшения времени диффузии молекул
летучего компонента из глубины слоя жидкости к поверхности испарения процесс
в современных молекулярных кубах проводят в очень тонких плёнках жидкости,
что позволяет, кроме того, уменьшить время нахождения вещества на поверхности
испарения и опасность его термич. разложения.
Рис. 5.
Для молекулярной Д. применяют аппараты
с горизонтальными и вертикальными поверхностями испарения, а также получившие
наибольшее пром. применение центробежные аппараты. В последних процесс
характеризуется наименьшими толщиной жидкой плёнки (в среднем 0,05 мм)
и
временем её пребывания на поверхности нагрева (0,03-1,2 сек).
В
центробежных аппаратах (рис. 5) на испаритель 1, представляющий
собой быстровращающийся конус (иногда диск), подаётся разделяемая смесь.
Центробежная сила перемещает жидкость от центра к периферии (вверх). Пары
перегоняемого вещества собираются на неподвижном конденсаторе 2, расположенном
параллельно поверхности испарителя, откуда дистиллят непрерывно отводится.
Остаток после перегонки сбрасывается в кольцевой жёлоб 3
и выводится
из куба. Для увеличения эффекта разделения устанавливают несколько аппаратов
последовательно.
Молекулярную Д. применяют для разделения
и очистки высокомолекулярных и термически нестойких органич. веществ, напр.
для очистки эфиров себациновой, стеариновой, олеиновой и др. кислот, для
выделения витаминов из рыбьего жира и различных растительных масел, при
производстве медицинских препаратов, вакуумных масел и др.
В металлургии понятие Д. объединяет пирометаллургич.
процессы (см. Пирометаллургия), основанные на переводе восстанавливаемого
металла (см. Восстановление металлов) в парообразное состояние с
последующей конденсацией. Металлургич. Д.- сочетание химич. (окислительно-восстановит.
реакции) и физич. (испарения и конденсации) процессов. Восстановление проводят
с использованием углеродистых восстановителей (см. Карботермия) или
металло-термич. способом (см. Металлотермия). Возможно выделение
свободного металла при окислит. обжиге сульфидных концентратов. Степень
разделения при Д. определяется различием состава перегоняемой смеси и её
пара. Полнота перехода металла в газовую фазу при Д. определяется' восстановлением
металлов при темп'рах и давлениях, обеспечивающих получений восстановленного
металла в парообразном агрегатном состоянии.
Лит.: Касаткин А. Г., Основные процессы
и аппараты химической технологии, 8 изд., М., 1971; Гельперин Н. И., Дистилляция
и ректификация, М.- Л., 1947; Багатуров С. А., Теория и расчет перегонки
и ректификации, М., 1961; Циборовский Я., Процессы химической технологии,
пер. с польск., Л., 1958; Мат-розов В. И., Аппаратура для молекулярной
дистилляции, М., 1954; Чижиков Д. М., Металлургия тяжелых цветных металлов,
М.-Л., 1948; Лакерник М. М., Электротермия в металлургии меди, свинца и
цинка, М., 1964.
В. Л. Пебалк.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я