Rektifikace

Rektifikace (protiproudová destilace)

Z praktického hlediska slouží rektifikace k rozdestilování směsi látek, jejichž teploty varu se liší jen o několik stupňů. Jednoduchá destilace je v takovém případě málo efektivní, neboť výsledná směs se v zastoupení složek často liší od původní jen nepatrně a jsme nuceni destilaci i několikrát opakovat, což je proces velmi zdlouhavý a energeticky náročný. Proto byla vyvinuta metoda rektifikace, která umožňuje v jednom pracovním kroku od sebe oddělit jednotlivé složky.

Princip rektifikace

V uzavřené nádobě se mezi kapalinou a její párou brzy ustaví dynamická rovnováha. Tato rovnováha je však při destilaci porušována, neboť neustále odvádíme páru a odebíráme kondenzát. Při destilaci směsi přechází do páry vedle nejtěkavějšího podílu i podíly méně těkavé a po čase se mezi jednotlivými podíly ustavuje rovnováha (závislá na teplotě). Značná část méně těkavých složek opět kondenzuje, kdežto nejtěkavější podíl zůstává v páře. Při klasické destilaci je oblast, v níž dochází k ustavování rovnováhy poměrně malá a rychlost odběru páry velké, tudíž se nestačí ustavit rovnováha a rozdělení ztrácí na účinnosti. Existuje několik možností jak přispět k dokonalejšímu ustavení rovnováhy:

•  zvětšit oblast, v níž dochází k ustalování rovnováhy např. vložením svislé trubice mezi baňku a chladič

•  zvětšit plochu uvnitř této oblasti, na níž může méně těkavější podíl kondenzovat.

Na větší ploše, kondenzují méně těkavé složky a stékají protiproudně dolů do baňky, čímž se zajistí dokonalá látková i energetická výměna kapalina-plyn a podpoří se ustavení rovnováhy, což příznivě ovlivní kvalitu rozdělení. Protiproudové destilaci se říká rektifikace. Svislé trubici mezi baňkou a chladičem či nástavcem se říká rektifikační kolona .

Teoretické patro

Kvalitu destilační kolony vyjadřujeme počtem teoretických pater, což je počet kroků, které jsme provedli na fázovém diagramu (viz obr. 1).

Je však třeba poznamenat, že na skutečných patrech nedochází k ustavení ideální rovnováhy, což zapříčiňuje zejména trvalý odběr kondenzátu. Tím je počet teoretických pater poněkud nižší, než počet pater skutečných. Teoretické patro je definováno jako oblast, kde dojde k úplné výměně látek a energie. Počet teoretických pater na koloně se zjišťuje destilací standardních směsí.

Platí, že čím blíže jsou teploty varu jednotlivých směsí, tím větší počet teoretických pater je potřeba k dokonalému oddělení, jednotlivých složek. Nejmenší počet potřebných teoretických pater lze odhadnou z Braggova-Lewisova diagramu (viz obr. 2). Nalezené hodnoty však platí pouze pro ideální případ, kdy neodebíráme z kolony kondenzát tedy za tzv. úplného refluxu.

Obr. 1 Srovnání rovnovážných křivek a patrové kolony s ideálně pracujícími patry

Obr. 2 Braggův-Lewisův diagram

Obr. 3 Patra kloboučkové kolony

Refluxní poměr

Refluxní poměr je podíl množství zpětného toku R  (ml) k množství odebíraného destilátu D  (ml).

Platí, že čím menší je refluxní poměr (čím je odběr destilátu větší), tím hůře se ustavuje rovnováha a tím klesá i počet teoretických pater v koloně. Refluxní poměr se běžně nastavuje na hodnotu  = 5 - 50. Na rektifikačních kolonách lze refluxní poměr nastavit kohoutem v hlavě kolony.