Дистилляция-кристаллизация

Сопряжение в единой технологической схеме процессов фракционной кристаллизации и дистилляции также часто дает возможность преодолеть термодинамические ограничения, в данном случае разделить эвтектикообразующую смесь. На рис.5 показана принципиальная схема одного из вариантов разделения бинарной эвтектикообразующей смеси путем сочетания процессов дистилляции (простой перегонки) и фракционной кристаллизации. Для упрощения изложения принято, что на стадиях испарения и кристаллизации достигается полное равновесие фаз, а при сепарации происходит идеальное разделение. Теплообменники на схеме не показаны.

Исходная смесь F с концентрацией легколетучего компонента х_F первоначально подается на стадию дистилляции Д, где процесс проводится при температуре t_И. В результате частичного испарения смеси F образуется пар Р состава y_Р = x_Р и жидкая фаза (кубовый остаток) W с концентрацией x_W. После стадии сепарации С паровую фракцию (сконденсированную) направляют на стадию кристаллизации К_РА, а жидкую W - на стадию кристаллизации К_РВ, где они охлаждаются до температур t_ФА и t_ФВ соответственно. На стадии К_РА образуются кристаллическая фаза К_А (практически чистый компонент А) и маточный раствор М_А. Кристаллическая фаза К_А отбирается в качестве одного из целевых продуктов, а маточный раствор М_А возвращается на стадию дистилляции. Аналогично на стадии К_РВ получается кристаллическая фаза К_В (практически чистый компонент В) и маточный раствор М_В. Последний, объединяя с М_А, возвращают на стадию дистилляции. В данном варианте сопряженного процесса в качестве переходных параметров выступают концентрации рециркулирующих потоков y_P(x_P),

t

t_KB F

t_И

М_А, х_МА К_А, х_КА

W P t_KA

Р, y_Р x_W x_F x_P

F,x_F t

W,x_W M_B M_A

t_B

M_B,x_MB К_В, х_КВ t_ФB K_B K_A t_ФА

x_MВ x_E x_MA x t_E

аб

Рис.5. Разделение эвтектикообразующей смеси сопряжением дистилляции и кристаллизации:

а - принципиальная схема; б - изображение на диаграммах равновесия фаз; Д-дистиллятор; С-сепаратор; К_РА - кристаллизатор дистиллята; К_РВ-кристаллизатор кубового остатка; t_И- температура испарения смеси; t_Е - температура, соответствующая эвтектической точке

x_W, x_MA и x_MB, а в качестве основных внутренних параметров – температуры испарения t_И и фракционирования t_ФА и t_ФВ.

Кроме описанного выше возможен и ряд других вариантов. Так, исходную смесь можно первоначально подавать на одну из стадий кристаллизации: твердые фазы отбирать в качестве продуктов разделения, а маточные растворы подавать на дистилляцию, которую в данном случае используют для перехода через эвтектическую точку. Возможны такие варианты, в которых один из конечных продуктов получается на стадии кристаллизации, а другой – на стадии дистилляции. В качестве критерия оценки эффективности сравниваемых вариантов сопряженного процесса можно в первом приближении использовать энергетические затраты, составляющие обычно 80-90 % от общих затрат на процесс разделения. Такая большая доля энергетических затрат связана с фазовыми переходами в рассматриваемых процессах.