Ректіфік ація (від позднелатинского rectificatio - випрямлення, виправлення), один із способів розділення рідких сумішей, заснований на різному розподілі компонентів суміші між рідкою і паровою фазами. При Р. потоки пари і рідини, переміщаючись в протилежних напрямках (противотоком), багаторазово контактують один з одним в спеціальних апаратах (ректифікаційних колонах), причому частина виходить з апарату пара (або рідини) повертається назад після конденсації (для пари) або випаровування ( для рідини). Таке протитечійне рух контактують потоків супроводжується процесами теплообміну і масообміну, які на кожній стадії контакту протікають (у межі) до стану рівноваги; при цьому висхідні потоки пара безперервно збагачуються більш летючими компонентами, а стікає рідина - менш летючими. При витраті тієї ж кількості тепла, що і при дистиляції , Р. дозволяє досягти більшого витягання і збагачення по потрібному компоненту або групі компонентів. Р. широко застосовується як в промисловому, так і в препаративних і лабораторному масштабах, часто в комплексі з ін. Процесами розділення, такими, як абсорбція , екстракція і кристалізація .

згідно Рауля законам і закону Дальтона, в умовах термодинамічної рівноваги концентрація якого-небудь i -го компонента в парі в Ki раз відрізняється від концентрації його в рідині, причому коефіцієнт розподілу Ki = / P (де - пружність насиченої пари i -го компонента; р - загальний тиск). Ставлення коефіцієнта розподілу будь-яких двох компонентів Ki і Kj називається відносної летючість і позначається a ij. Чим більше відрізняється a ij від одиниці, тим легше виконати поділ цих компонентів за допомогою Р. В ряді випадків вдається збільшити a ij в результаті введення в розділяється суміш нового компонента (званого розділяє агентом), який утворює з деякими компонентами системи азеотропную суміш . З цією ж метою вводять розчинник, киплячий при значно вищій температурі, ніж компоненти вихідної суміші. Відповідні процеси Р. називаються азеотропними або екстрактивними. Величина a ij залежить від тиску: як правило, при зниженні тиску a ij зростає. Р. при зниженому тиску - вакуумна - особливо підходить для поділу термічно нестійких речовин.

Апаратура для ректифікації. Апарати, службовці для проведення Р., - ректифікаційні колони - складаються з власне колони, де здійснюється протитечійне контактування пара і рідини, і пристроїв, в яких відбувається випаровування рідини і конденсація пари, - куба і дефлегматора. Колона є вертикально стоїть порожній циліндр, усередині якого встановлені т. Н. тарілки (контактні пристрої різної конструкції) або поміщений фігурний кусковий матеріал - насадка . Куб і дефлегматор - це звичайно кожухотрубні теплообмінники (знаходять застосування також трубчасті печі і роторні випарники).

Призначення тарілок і насадки - розвиток міжфазної поверхні і поліпшення контакту між рідиною і парою. Тарілки, як правило, забезпечуються пристроєм для переливу рідини. Конструкції трьох типів переливних тарілок показані на рис. 1 (а, б, в). В якості насадки ректифікаційних колон зазвичай використовуються кільця, зовнішній діаметр яких дорівнює їх висоті. Найбільш поширені кільця Рашига (рис. 2, 1) і їх різні модифікації (рис. 2, 2-4).

Як в насадок, так і в тарілчастих колонах кінетична енергія пара використовується для подолання гідравлічного опору контактних пристроїв і для створення динамічної дисперсної системи пар - рідина з великою міжфазною поверхнею. Існують також ректифікаційні колони з підведенням механічної енергії, в яких дисперсна система створюється при обертанні ротора, встановленого по осі колони. Роторні апарати мають менший перепад тиску по висоті, що особливо важливо для вакуумних колон.

За способом проведення розрізняють безперервну і періодичну Р. В першому випадку суміш, що розділяється безперервно подається в колону ректифікації і з колони безперервно відводяться дві і більше число фракцій, збагачених одними компонентами і збіднених іншими. Схема потоків типового апарату для безперервної Р. - повної колони - показана на рис. 3, а. Повна колона складається з 2 секцій - зміцнює (1) і вичерпної (2). Вихідна суміш (зазвичай при температурі кипіння) подається в колону, де змішується з т. Зв. витягнутої рідиною і стікає по контактних пристроях (тарілкам або насадці) вичерпної секції протитечією до піднімається потоку пара. Досягнувши низу колони, рідинний потік, збагачений тяжелолетучімі компонентами, подається в куб колони (3). Тут рідина частково випаровується в результаті нагріву відповідним теплоносієм, і пара знову надходить у вичерпну секцію. Вихід з цієї секції пар (т. Н. Відгінний) надходить в зміцнюючу секцію. Пройшовши її, збагачений легко-летючими компонентами пар надходить в дефлегматор (4), де зазвичай повністю конденсується відповідним холодоагентом. Отримана рідина ділиться на 2 потоки: дистилят і флегму. Дистилят є продуктовим потоком, а флегма надходить на зрошення зміцнює секції, по контактних пристроях якої стікає. Частина рідини виводиться з куба колони у вигляді т. Зв. кубового залишку (також продуктовий потік).

Відношення кількості флегми до кількості дистиляту позначається через R і носить назву флегмового числа. Це число - важлива характеристика Р .: чим більше R, тим більше експлуатаційні витрати на проведення процесу. Мінімально необхідні витрати тепла і холоду, пов'язані з виконанням будь-якої конкретної задачі розділення, можуть бути знайдені з використанням поняття мінімального флегмового числа, яке знаходиться розрахунковим шляхом в припущенні, що число контактних пристроїв, або загальна висота насадки, прагне до нескінченності.

Якщо вихідну суміш потрібно розділити безперервним способом на число фракцій більше двох, то застосовується послідовне або паралельно-послідовне з'єднання колон.

При періодичної Р. (рис. 3, б) вихідна рідка суміш одноразово завантажується в куб колони, ємність якого відповідає бажаної продуктивності. Пари з куба надходять в колону і піднімаються до дефлегматора, де відбувається їх конденсація. У початковий період весь конденсат повертається в колону, що відповідає т. Н. режиму повного зрошення. Потім конденсат ділиться на флегму і дистилят. У міру відбору дистиляту (або при постійному флегмовом числі, або з його зміною) з колони виводяться спочатку легколетучие компоненти, потім среднелетучіе і т. Д. Потрібну фракцію (або фракції) відбирають у відповідний збірник. Операція триває до повної переробки спочатку завантаженої суміші.

Основи розрахунку ректифікаційних колон. Р. з фізико-хімічної точки зору є складним процесом противоточного тепломассообмена між рідкої і парової фазами в умовах ускладненої гідродинамічної обстановки. Саме такий підхід до математичного опису розрахунку процесу розвивається в зв'язку з застосуванням електронних цифрових обчислювальних машин (ЦВМ).

Все ж при кількісному розгляді роботи ректифікаційних колон зазвичай використовується концепція теоретичної тарілки. Під такою тарілкою розуміється гіпотетичний контактний пристрій, в якому встановлюється термодинамічна рівновага між покидали його потоками пари і рідини, т. Е. Концентрації компонентів цих потоків пов'язані між собою коефіцієнтом розподілу. Будь реальної ректифікаційної колоні можна поставити у відповідність колону з певним числом теоретичних тарілок, вхідні і вихідні потоки якої як за величиною, так і за концентраціями збігаються з потоками реальної колони. Можна сказати, наприклад, що даний реальний апарат еквівалентний по своїй ефективності колоні з п'ятьма, шістьма і т. Н. теоретичними тарілками. Виходячи з цього, можна визначити т. Н. ккд колони як відношення числа теоретичних тарілок, відповідних цій колоні, до числа дійсно встановлених тарілок. Для насадок колон можна визначити величину ВЕТТ (висоту, еквівалентну теоретичній тарілці) як відношення висоти шару насадки до числа теоретичних тарілок, яким він еквівалентний по своєму роздільним дії.

З концепцією теоретичної тарілки пов'язана плідна ідея відділення конструктивних і гідравлічних параметрів від технологічних параметрів, таких як відносини потоків і коефіцієнта розподілу. Єдина задача розрахунку ректифікаційної колони розпадається при цьому на дві більш прості, самостійні: а) технологічний розрахунок, коли потрібно встановити, які склади будуть виходити на фіксованому числі теоретичних тарілок, або знайти, скільки треба взяти теоретичних тарілок, щоб отримати бажаний склад вихідних потоків; б) розрахунок, коли потрібно встановити, скільки взяти реальних тарілок або яка висота насадки повинна бути для реалізації бажаного числа теоретичних тарілок. У математичному відношенні перше завдання (а) допускає чітке формулювання і зводиться до вирішення великої системи нелінійних алгебраїчних рівнянь (для безперервно діючих колон) або до інтегрування систем звичайних диференціальних рівнянь (для періодичних колон). У разі Р. багатокомпонентної суміші рішення доступне лише за допомогою ЦВМ. Використання машин дозволяє також розраховувати складні колони, застосування яких на практиці в якійсь мірі гальмувалося раніше відсутністю точних методів розрахунку. При гідравлічному розрахунку (б) можуть бути використані або безпосередньо емпіричні кореляції між величинами ВЕТТ і ккд, з одного боку, і конструкцією тарілки, типом насадки і гідравлічними параметрами (питомі навантаження по пару і рідини) - з іншого, або співвідношення, що зв'язують ВЕТТ і ккд з кінетичними і дифузійними параметрами (такими, як коефіцієнт массоотдачи і ефективної дифузії).

Основні галузі промислового застосування Р. - отримання окремих фракцій і індивідуальних вуглеводнів з нафтової сировини в нафтопереробній та нафтохімічній промисловості, отримання окису етилену, акрилонітрилу, капролактаму, алкилхлорсиланов - в хімічній промисловості. Р. широко використовується і в ін. Галузях народного господарства: кольорової металургії, коксохімічної, лісохімічної, харчової, хіміко-фармацевтичної промисловості.

Літ .: Касаткін А. Г., Основні процеси і апарати хімічної технології, 8 видавництво., М., 1971; Александров І. А., Ректифікаційні і абсорбція апарати, 2 вид., М., 1971; Коган В. Б., Азеотропна і екстрактивних ректифікація, 2 вид., М., 1971; Олевський В. М., Ручинський В. Р., Ректификация термічно нестійких продуктів, М., 1972; Платонов В. М., Берго Б. Г., Поділ багатокомпонентних сумішей. Розрахунок і дослідження ректифікації на обчислювальних машинах, М., 1965; Холланд Ч., Багатокомпонентна ректифікація, пров. з англ., М., 1969; Крель Е., Керівництво по лабораторній ректифікації, пров. з нім., М., 1960.

В. М. Платонов, Г. Г. Філіппов.

Мал. 1. Схема тарілок з переливним пристроєм: а - колпачковая (1 - підстава з шаром рідини; 2 - патрубки для проходу пара; 3 - ковпачки, 4, 5 - переливні пристрої); б - з S-образних елементів (6); в - Сітчатие.

Мал. 2. Різні типи насадок: 1 - кільця Рашига; 2 - спіральні кільця; 3 - кільця з перегородкою; 4 - кільця Паля.

Мал. 3. Схеми потоків ректифікаційних колон: а - безперервна ректифікація; б - періодична ректифікація; 1 - зміцнює секція; 2 - вичерпна секція; 3 - куб колони; 4 - дефлегматор.