Обратный поток - это метод, включающий конденсацию паров и возврат этого конденсата в систему, из которой он возник. Применяется в промышленных [1] и лабораторных [2] перегонках . Он также используется в химии для подачи энергии для реакции в течение длительного периода времени.
Рефлюкс в промышленной дистилляции [ править ]
Термин орошение [1] [3] [4] очень широко используется в отраслях промышленности, где используются крупномасштабные ректификационные колонны и фракционирующие установки, такие как нефтеперерабатывающие заводы , нефтехимические и химические заводы , а также заводы по переработке природного газа .
В этом контексте орошение относится к части жидкого продукта верхнего погона из дистилляционной колонны или ректификационной колонны, которая возвращается в верхнюю часть колонны, как показано на схематической диаграмме типичной промышленной дистилляционной колонны. Внутри колонны нисходящая флегма обеспечивает охлаждение и конденсацию восходящих паров, тем самым повышая эффективность дистилляционной колонны.
Чем больше флегмы обеспечивается для данного количества теоретических тарелок , тем лучше колонна отделяет материалы с более низкой температурой кипения от материалов с более высокой температурой кипения. И наоборот, для заданного желаемого разделения, чем больше флегмы обеспечивается, тем меньше требуется теоретических тарелок. [5]
Рефлюкс в химических реакциях [ править ]
Смесь реагентов и растворителя помещают в подходящий сосуд, например круглодонную колбу . Этот сосуд соединен с конденсатором с водяным охлаждением , который обычно сверху открыт для атмосферы. Реакционный сосуд нагревают до кипения реакционной смеси; пары, образующиеся из смеси, конденсируются в конденсаторе и возвращаются в емкость под действием силы тяжести. Цель состоит в том, чтобы термически ускорить реакцию, проводя ее при повышенной температуре, контролируемой (т.е. растворителя «с температурой кипения ) и давление окружающей среды без потери большого количества смеси. [6]
На схеме показан типичный рефлюксный аппарат. Он включает водяную баню для косвенного нагрева смеси. Поскольку многие используемые растворители легко воспламеняются , прямой нагрев горелкой Бунзена обычно не подходит, и используются альтернативы, такие как водяная баня, масляная баня , песочная баня , электрическая плита или нагревательный кожух . [6]
Рефлюкс в лабораторной дистилляции [ править ]
Устройство, показанное на схеме, представляет собой периодическую перегонку в отличие от непрерывной перегонки . Подлежащая перегонке жидкая исходная смесь помещается в круглодонную колбу вместе с несколькими противоударными гранулами , а колонна фракционирования устанавливается наверху. Когда смесь нагревается и закипает, пар поднимается вверх по колонне. Пар конденсируется на стеклянных платформах (известных как тарелки или тарелки) внутри колонны и стекает обратно в жидкость внизу, тем самым возвращая восходящий поток дистиллятного пара. Самый горячий лоток находится в нижней части колонки, а самый холодный лоток - вверху. В установившемся режиме пар и жидкость на каждой тарелке находятся в равновесии.. Только самые летучие пары остаются в газообразной форме до самого верха. Затем пар в верхней части колонны переходит в конденсатор , где он охлаждается, пока не превратится в жидкость. Разделение можно улучшить, добавив больше лотков (с практическим ограничением тепла, потока и т. Д.). Процесс продолжается до тех пор, пока все наиболее летучие компоненты жидкого сырья не выкипят из смеси. Эту точку можно определить по повышению температуры, показанному на термометре. Для непрерывной перегонки исходная смесь поступает в середину колонны.
Рефлюкс при перегонке напитков [ править ]
Путь регулирования температуры конденсатора, часто называют дефлегматором, А рефлюксная еще может быть использована для обеспечения того , чтобы компоненты , точка кипения выше , возвращают в колбу в то время как более легкие элементы пропускают к вторичному конденсатору. Это полезно при производстве высококачественных алкогольных напитков , гарантируя, что менее желательные компоненты (такие как сивушные спирты ) возвращаются в первичную колбу. Для высококачественных нейтральных спиртных напитков (например, водки ) или ароматизированных спиртов после дистилляции (джин, абсент) может быть применен процесс множественной дистилляции или угольной фильтрации для получения продукта, в котором отсутствуют какие-либо предположения о его исходном исходном материале для ферментации.. Геометрия перегонного куба также играет роль в определении степени рефлюкса. В котле , если труба, ведущая от котла к конденсатору, плечо лайна , наклонена вверх, у большего количества жидкости будет шанс конденсироваться и течь обратно в котел, что приведет к увеличению обратного потока. Типичные результаты могут увеличить производительность на 50% по сравнению с обычным конденсатором червячного типа. Добавление медного «кипящего шара» на пути создает зону, в которой расширение газов в шар вызывает охлаждение и последующую конденсацию и обратный поток. В дистилляторе колонны добавление инертных материалов в колонну (например, насадки) создает поверхности для ранней конденсации и приводит к увеличению флегмы.
Рефлюкс в биохимии [ править ]
Концентрированный раствор цианида аммония при кипячении с обратным холодильником в течение нескольких дней дает аденин , компонент ДНК . Это дает ключ к разгадке происхождения жизни на Земле. [7]
Галерея [ править ]
Толуол кипятят с обратным холодильником с натрием - бензофенон осушителем , прежде чем он перегоняет с получением чистого кислород- и водой , свободной от толуола.
Промышленные ректификационные колонны, все из которых используют орошение
Аппарат органического синтеза с использованием орошения
См. Также [ править ]
- Периодическая перегонка
- Фракционная перегонка
- Колонна фракционирования
- Метод Маккейба-Тиле
Ссылки [ править ]
- ^ a b Кистер, Генри З. (1992). Дизайн дистилляции (1-е изд.). Макгроу-Хилл. ISBN 0-07-034909-6.
- ^ Крелл, Эрих. (1982). Справочник по лабораторной дистилляции: с введением в опытную установку дистилляции ([3-е] полностью изм. 2-е изд.). Амстердам: научный паб Elsevier. Co. ISBN 978-0-08-087549-1. OCLC 305628802 .
- ^ Перри, Роберт Х. и Грин, Дон У. (1984). Справочник инженеров-химиков Перри (6-е изд.). Макгроу-Хилл. ISBN 0-07-049479-7.
- ^ Кинг, К. Джадсон (Кэри Джадсон), 1934- (1980). Процессы разделения (2-е изд.). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN 0-07-034612-7. OCLC 4882985 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ Towler, Гэвин P. (2008). Химико-технологическое проектирование: принципы, практика и экономика проектирования заводов и технологических процессов . Синнотт, РК Амстердам: Эльзевир / Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0-08-055695-6. OCLC 191735762 .
- ^ a b "Что такое рефлюкс?" . Университет Торонто в Скарборо - химия онлайн . Проверено 21 октября 2017 года .
- ^ Ленинджер, Альберт Л. (2005). Принципы биохимии Ленингера . Нельсон, Дэвид Л. (Дэвид Ли), 1942-, Кокс, Майкл М. (Четвертое изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 0-7167-4339-6. OCLC 55476414 .
Дальнейшее чтение [ править ]
- Компоненты дистилляционной колонны , д-р Минг Там, Ньюкаслский университет , Великобритания.
