дут концентрироваться в жидкости, остающейся в перегонном кубе. В дистилляте (продукт конденсации водяного пара) содержание солей будет ничтожным. Для разделения смесей веществ с близкими температурами кипения (к * 1) простая перегонка мало эффективна.

В процессе ректификационной очистки происходит многократное повторение процесса перегонки (рис. 84).

Пар, образующийся при кипении жидкости в кубе колонны, поднимается вверх по колонне в конденсатор, конденсат стекает вниз, где снова испаряется. Таким образом, в ректифицирующей части колонны осуществляется противоток жидкости и пара, между жидкостью и паром осуществляется массообмен, т.е. происходит межфазное перераспределение компонентов - многократно повторяющиеся процессы испарения и конденсации.

На концах колонны в конденсаторе и кубе происходит обогащение примесями. В кубе концентрируются примеси с высокой температурой кипения, в конденсаторе (дефлегматоре) концентрируются примеси с низкой температурой кипения. Высокая или низкая температуры кипения оцениваются по сравнению с температурой кипения очищаемого вещества. Чем эффективнее контакт между жидкостью и паром в ректифицирующей части колонны, тем выше скорость процесса меж-фаэного массообмена и эффект разделения. В результате ректификации исходной смеси в количестве F (кмоль/с) при исходной концентра7-214 43

вающей. Из куба отбирается продукт в количестве W с концентрацией Xyj.

Материальный баланс для всего количества смеси будет: F = Р + W. Тогда баланс по нижекипящей примеси можно выразить следующим образом: Fx$ =Рхр + Wxw.

Например, на ректификацию поступает смесь тетрахлорсилана и трихлорсилана в количестве F » 5000 кг/ч. Содержание трихлорсилана хр - 40 f°, трихлорсилана в дистилляте хг = 98,5 %, в кубовом остатке хр/ = 1,5 %. Требуется определить количество дистиллята и остатка: F = Р + W = 5000; FXf = Рхр + Wxw = 5000 • 0,4 = Р ? 0,985 + W ? 0,015; V/ = = 3015 кг/ч; Р-1985 кг/ч.

При работе ректификационной колонны исходная смесь F (рис. 85, о)

поступает в среднюю ее часть, где разделяется на нижекипящий

продукт Р в верхней части и вышекипящий продукт IV (называемый

кубовым продуктом) в нижней части. Эта схема применяется для разделения смеси три- и тетрахлорсилана. В верхней части колонны выдели? Вода Вода

pifcjib| j^zVj ^ЬУ|

[продукт I продукт " |

(Р) г" ь Концентрат

примеси

W-лродукт

?3

концентрат примеси

Ряс 85. Схемы работы ректификационных колонн:

« - разделения; В, в - очнсткн от выще- и нижекипящнх примесей

195

ляется трихлорсилан, содержащий незначительное количество тетрахлорсилана, а в кубе тетрахлорсилан с незначительным количеством трихлорсилана.

Для трихлорсилана верхняя часть ректификационной колонны начиная с уровня ввода исходной смеси называется укрепляющей частью, а нижняя, в которой происходит отгонка трихлорсилана, -исчерпывающей. Для тетрахлорсилана верхняя часть — исчерпывающая, а нижняя - укрепляющая.

Часто используют ректификационную колонну в режиме укрепления (рис. 85, б), когда в верхней части хотят получить очень чистый продукт (трихлорсилан) без труднолетучего вещества (тетрахлорсилана). Если хотят выделить трихлорсилан (рис. 85, в), защищая куб от попадания туда трихлорсилана, то работают в режиме исчерпывания, подавая исходную смесь в верхнюю часть колонны.

Важной величиной, характеризующей процесс ректификации, является флегмовое число, которое рассчитывают для укрепляющей и исчерпывающей частей колонны отдельно:

/min ук - (хР - Уг)1{уг - ХрУ, /min ис = (Уг - Xw)l{yF - XF),

где Хр, xpTAXyj- содержание легколетучего компонента в дистилляте, исходной смеси и в кубовом продукте соответственно; yF - содержание легколетучего компонента в паре, равновесном с жидкостью питания.

Рабочее флегмовое число, как правило, больше, чем минимальное. Его можно определить из / " к/тцъ здесь к = 1,2-!-2;5 - эмпирический коэффициент избытка флегмы.

При разделении три- и тетрахлорсилана рабочее флегмовое число /р,б поддерживают в пределах 7-20. При очистке трихлорсилана от хлорида 6opa/pS6 > 20.

При очистке трихлорсилана от труднолетучих примесей /paj = 7+15. Если очищаемая примесь имеет коэффициент разделения с трихлорсиланом, близкий к I, /ра6 выбирают максимальным из приведенных.

Разделительная способность колонны, характеризующая ее эффективность, определяется способностью колонны разделять перегоняемую смесь и может быть выражена либо числом теоретических тарелок, либо числом единиц переноса.

Ректификационные колонны

В литературе имеется много сообщений о конструкциях ректификационных колонн [120]. В основном они отличаются друг от друга размерами и контактным устройством, на котором осуществляется эффективное взаимодействие паровой и жидкой фаз.

196

Условно по характеру контакта между жидкостью и паром все ректификационные колонны можно разделить на три типа: тарельчатая - контакт между жидкостью и паром осуществляется скачкообразно на специальных, горизонтально установленных в различных сечениях коло