РЕКТИФИКА́ЦИЯ

РЕКТИФИКА́ЦИЯ (позд­не­ла­тин­ское rec­ti­ficafio – вы­прям­ле­ние, ис­прав­ле­ние, от rectus – пря­мой, про­стой и facio – де­лать), мас­со­об­мен­ный про­цесс раз­де­ле­ния од­но­род­ных жид­ких сме­сей на прак­ти­че­ски чис­тые ком­по­нен­ты или фрак­ции, от­ли­чаю­щие­ся темп-ра­ми ки­пе­ния, пу­тём про­ти­во­точ­но­го взаи­мо­дей­ст­вия жид­ко­сти и па­ра. Р. ши­ро­ко при­ме­ня­ет­ся в хи­ми­че­ской и смеж­ных от­рас­лях пром-сти, напр. для по­лу­че­ния рек­ти­фи­ко­ван­но­го эти­ло­во­го спир­та, раз­де­ле­ния сме­сей бен­зол – то­лу­ол, вы­де­ле­ния разл. фрак­ций уг­ле­во­до­ро­дов из неф­ти, по­лу­че­ния ком­по­нен­тов воз­ду­ха.

Дви­жу­щая си­ла про­цес­са Р. – раз­ность ме­ж­ду фак­тич. и рав­но­вес­ны­ми кон­цен­тра­ция­ми ком­по­нен­тов в па­ро­вой фа­зе, от­ве­чаю­щи­ми дан­но­му со­ста­ву жид­кой фа­зы. При дви­же­нии вверх пар по­сто­ян­но обо­га­ща­ет­ся лег­ко­ле­ту­чим (низ­ко­ки­пя­щим) ком­по­нен­том, а жид­кость при дви­же­нии вниз – труд­но­ле­ту­чим (вы­со­ко­ки­пя­щим) ком­по­нен­том. Близ­ким по сущ­но­сти к про­цес­су Р. яв­ля­ет­ся про­цесс де­флег­ма­ции – кон­ден­са­ция труд­но­ле­ту­че­го ком­по­нен­та из га­зов и па­ров со зна­чит. от­ли­чи­ем ком­по­нен­тов по темп-ре кон­ден­са­ции при их ох­ла­ж­де­нии. Де­флег­ма­ция пред­став­ля­ет со­бой раз­но­вид­ность про­ти­во­точ­ной фрак­ци­он­ной кон­ден­са­ции и мо­жет ис­поль­зо­вать­ся как про­ме­жу­точ­ная ста­дия в про­цес­сах раз­де­ле­ния га­зо­вых сме­сей, а так­же в про­цес­сах дис­тил­ля­ции и Р. (при­мер – дис­тил­ля­ция неф­ти).

Рис. 1. Схема ректификационной установки непрерывного действия: 1 – ректификационная колонна; 2 – кипятильник; 3 – дефлегматор.

Р. мо­жет осу­ще­ст­в­лять­ся в не­пре­рыв­ном или пе­рио­дич. ре­жи­ме, при ат­мо­сфер­ном или по­вы­шен­ном дав­ле­нии, а так­же под ва­куу­мом. Не­пре­рыв­но дей­ст­вую­щая рек­ти­фи­кац. ус­та­нов­ка (рис. 1) со­сто­ит из рек­ти­фи­кац. ко­лон­ны, пред­став­ляю­щей, как пра­ви­ло, вер­ти­каль­ный ци­лин­д­рич. ап­па­рат, внут­ри ко­то­ро­го раз­ме­ще­ны кон­такт­ные уст­рой­ст­ва (та­рел­ки, на­сад­ка), ки­пя­тиль­ни­ка (ис­па­ри­те­ля), де­флег­ма­то­ра. Ис­ход­ная смесь, по­да­вае­мая в ко­лон­ну, мо­жет на­хо­дить­ся в ви­де жид­ко­сти при темп-ре ки­пе­ния или при темп-ре ни­же темп-ры ки­пе­ния, в ви­де сме­си на­сы­щен­но­го па­ра и жид­ко­сти, в ви­де на­сы­щен­но­го или пе­ре­гре­то­го па­ра. Ча­ще ис­поль­зу­ет­ся жид­кость при темп-ре ки­пе­ния. Сни­зу вверх по ко­лон­не дви­жет­ся пар, пред­став­ляю­щий со­бой обо­га­щён­ный труд­но­ле­ту­чим ком­по­нен­том по­ток, по­сту­паю­щий в её ниж­нюю часть из ис­па­ри­те­ля. По вы­соте ко­лон­ны про­ис­хо­дит кон­ден­са­ция труд­но­ле­ту­че­го ком­по­нен­та из под­ни­маю­ще­го­ся па­ра, а за счёт те­п­ло­ты его кон­ден­са­ции – ис­па­ре­ние лег­ко­ле­ту­че­го ком­по­нен­та из на­хо­дя­щей­ся в этой зо­не жид­ко­сти. Та­ким об­ра­зом, под­ни­маю­щий­ся по ко­лон­не пар обо­га­ща­ет­ся лег­ко­ле­ту­чим ком­по­нен­том, а сте­каю­щая вниз жид­кость – труд­но­ле­ту­чим. Пар, вы­хо­дя­щий из верх­ней (т. н. ук­ре­п­ляю­щей) час­ти ко­лон­ны, кон­ден­си­ру­ет­ся в де­флег­ма­то­ре и де­лит­ся на два по­то­ка – це­ле­вой про­дукт (дис­тил­лят) и воз­вра­щае­мый в ко­лон­ну (флег­му). Флег­ма об­ра­зу­ет нис­хо­дя­щий по­ток жид­ко­сти в ко­лон­не. Ис­ход­ная смесь сме­ши­ва­ет­ся с флег­мой и соз­да­ёт нис­хо­дя­щий по­ток жид­ко­сти. Жид­кость, вы­во­ди­мая из ниж­ней (т. н. ис­чер­пы­ваю­щей) час­ти ко­лон­ны, со­дер­жа­щая в осн. труд­но­ле­ту­чий ком­по­нент, де­лит­ся на два по­то­ка: пер­вый уда­ля­ет­ся из ус­та­нов­ки (ку­бо­вый ос­та­ток), вто­рой по­да­ёт­ся в ис­па­ри­тель и воз­вра­ща­ет­ся в ко­лон­ну. Важ­ным па­ра­мет­ром, ха­рак­те­ри­зую­щим ра­бо­ту рек­ти­фи­кац. ус­та­нов­ки, яв­ля­ет­ся флег­мо­вое чис­ло, пред­став­ляю­щее со­бой от­но­ше­ние ко­ли­че­ст­ва флег­мы к ко­ли­че­ст­ву по­лу­чае­мо­го дис­тил­ля­та. Оп­ти­маль­ным флег­мо­вым чис­лом яв­ля­ет­ся то, при ко­то­ром при­ве­дён­ные за­тра­ты на про­ве­дение про­цес­са ми­ни­маль­ны.

Рис. 2. Схема ректификационной установки периодического действия: 1 – куб; 2 – ректификационная колонна; 3 – дефлегматор; 4 – делитель потоков; 5 – холодильник; 6 и 7 – сборники.

Пе­рио­ди­че­ски дей­ст­вую­щая рек­ти­фи­кац. ус­та­нов­ка (рис. 2) со­сто­ит из ку­ба, рек­ти­фи­кац. ко­лон­ны (ук­ре­п­ляю­щая часть ус­та­нов­ки), де­флег­ма­то­ра, де­ли­те­ля по­то­ков, хо­ло­диль­ни­ка, сбор­ни­ков. Ис­ход­ная смесь по­сту­па­ет в ём­кость, на ко­то­рой ус­та­нов­ле­на рек­ти­фи­кац. ко­лон­на, на­гре­ва­ет­ся до темп-ры ки­пе­ния и ис­па­ря­ет­ся, об­ра­зуя вос­хо­дя­щий по­ток па­ра, ко­то­рый обо­га­щён лег­ко­ле­ту­чим ком­по­нен­том. По­па­дая в де­флег­ма­тор, па­ры кон­ден­си­ру­ют­ся и де­лят­ся на два по­то­ка: це­ле­вой про­дукт – дис­тил­лят и воз­вра­щае­мую в ко­лон­ну флег­му, ко­то­рая соз­да­ёт тре­буе­мый для осу­ще­ст­в­ле­ния Р. про­ти­во­ток жид­ко­сти и па­ра. Эти ус­та­нов­ки мо­гут ра­бо­тать в ре­жи­мах по­сто­ян­но­го со­ста­ва дис­тил­ля­та. Для обес­пе­че­ния ре­жи­ма по­сто­ян­но­го со­ста­ва дис­тил­ля­та про­цесс Р. не­об­хо­ди­мо про­во­дить при не­пре­рыв­но из­ме­няю­щем­ся флег­мо­вом чис­ле – ми­ни­маль­ном в на­ча­ле про­цес­са и мак­си­маль­ном в кон­це. Про­ве­де­ние Р. при дан­ном ре­жи­ме прак­ти­че­ски все­гда за­труд­ни­тель­но, по­сколь­ку для это­го тре­бу­ет­ся не­пре­рыв­ное из­ме­не­ние на­пол­не­ния ко­лон­ны флег­мой. По этой при­чи­не рас­смот­рен­ный ре­жим Р. при­ме­ня­ет­ся в пром-сти дос­та­точ­но ред­ко. Бо­лее ши­ро­кое рас­про­стра­не­ние по­лу­чил ре­жим пе­рио­дич. Р. в ус­ло­ви­ях по­сто­ян­но­го зна­че­ния флег­мо­во­го чис­ла.

Для раз­де­ле­ния сме­сей ком­по­нен­тов с близ­ки­ми темп-ра­ми ки­пе­ния и низ­кой от­но­сит. ле­ту­че­стью при­ме­ня­ют экс­трак­тив­ную Р. В этом слу­чае в ис­ход­ную смесь вво­дит­ся экс­т­ра­ги­рую­щий агент, пред­на­зна­чен­ный для уве­ли­че­ния от­но­сит. ле­ту­че­сти осн. ком­по­нен­тов. Вво­ди­мый ком­по­нент дол­жен быть ме­нее ле­туч, чем оба ис­ход­ных ком­по­нен­та раз­де­ляе­мой сме­си, и дол­жен хо­ро­шо рас­тво­рять труд­но­ле­ту­чий ком­по­нент раз­де­ляе­мой сме­си. Ус­та­нов­ка для экс­трак­тив­ной Р. со­сто­ит из двух ко­лонн, в пер­вую из ко­то­рых по­сту­па­ет на раз­де­ле­ние ис­ход­ная би­нар­ная смесь ком­по­нен­тов А и В. В ук­ре­п­ляю­щую часть ко­лон­ны одно­вре­мен­но вво­дит­ся раз­де­ляю­щий агент С. В дис­тил­ля­те по­лу­ча­ют прак­ти­че­ски чис­тый ком­по­нент А, а смесь ком­по­нен­тов В и С уда­ля­ет­ся из пер­вой ко­лон­ны в ви­де ку­бо­во­го ос­тат­ка и по­да­ёт­ся на раз­де­ле­ние во вто­рую ко­лон­ну. В ней осу­ще­ст­в­ля­ет­ся раз­де­ле­ние сме­си на ком­по­нен­ты В и С. Ком­по­нент В яв­ля­ет­ся це­ле­вым и от­би­ра­ет­ся из ус­та­нов­ки, а ре­ге­не­ри­ро­ван­ный ком­по­нент С воз­вра­ща­ет­ся в пер­вую ко­лон­ну для по­втор­но­го ис­поль­зо­ва­ния.

Для раз­де­ле­ния об­ра­зую­щих азео­тро­пы сме­сей при­ме­ня­ют азео­троп­ную Р. При­ме­ром та­ко­го про­цес­са яв­ля­ет­ся раз­де­ле­ние сме­си эти­ло­вый спирт – во­да, где в ка­че­ст­ве вво­ди­мо­го ком­по­нен­та при­ме­ня­ет­ся бен­зол, об­ра­зую­щий с во­дой и спир­том трой­ную азео­троп­ную смесь с бо­лее низ­кой темп-рой ки­пе­ния (64,86 °C), чем азео­троп спир­та с во­дой (78,15 °C).