Hva er destillasjon? Dette er prosessen med å omdanne en væske til damp, som deretter kondenserer tilbake til flytende form. Det enkleste eksemplet er destillasjon av vann, hvor damp fra en kjele avsettes som dråper på en kald overflate.
Søknad og historikk
Destillasjon brukes til å skille væsker fra ikke-flyktige faste stoffer, som ved destillasjon av brennevin fra fermenterte materialer, eller for å separere to eller flere væsker med forskjellige kokepunkter, som ved fremstilling av bensin, parafin og smøremidler fra petroleum. Andre industrielle bruksområder inkluderer prosessering av kjemikalier som formaldehyd og fenol og avs alting av sjøvann.
Destillasjonsprosessen ble sannsynligvis brukt av gamle eksperimentere. Aristoteles (384-322 f. Kr.) nevnte at rent vann kan oppnås ved å fordampe sjøvann. Plinius den eldre (23-79 e. Kr.) beskrev en primitiv metode for kondensering der olje oppnådd ved oppvarming av kolofonium samles på ull plassert på toppen avalembic.
Enkel destillasjon
De fleste destillasjonsmetodene som brukes i industri- og laboratorieforskning er variasjoner av enkel destillasjon. Denne grunnleggende teknologien bruker en kube eller retort der væsken varmes opp, en kondensator for å avkjøle dampen og en beholder for å samle destillatet. Når en blanding av stoffer varmes opp, destilleres den mest flyktige av dem, eller den med lavest kokepunkt, først, og deretter destilleres de andre, eller destilleres ikke i det hele tatt. Et slikt enkelt apparat er utmerket for å rense væsker som inneholder ikke-flyktige komponenter, og er ganske effektivt for å skille stoffer med forskjellige kokepunkter. For laboratoriebruk er deler av apparatet vanligvis laget av glass og forbundet med propper, gummislanger eller glassrør. I industriell skala er utstyr laget av metall eller keramikk.
Fraksjonert destillasjon
En metode k alt fraksjonell, eller differensiell, destillasjon ble utviklet for oljeraffinering fordi enkel destillasjon for å separere væsker hvis kokepunkt avviker lite er ineffektiv. I dette tilfellet kondenserer dampene gjentatte ganger og fordamper i en isolert vertikal beholder. En spesiell rolle her spilles av tørre dampere, fraksjonskolonner og kondensatorer, som gjør det mulig å føre noe av kondensatet tilbake til destillasjonen. Målet er å oppnå nærkontakt mellom de stigende ulike fasene i blandingen slik atbare de mest flyktige fraksjonene i form av en damp nådde mottakeren, og resten returnerte i form av en væske mot kuben. Rensing av flyktige komponenter som følge av kontakt mellom slike motstrømmer kalles rektifisering, eller berikelse.
Multippeldestillasjon
Denne metoden kalles også multi-stage flash evaporation. Dette er en annen type enkel destillasjon. Det brukes for eksempel til å destillere vann i store kommersielle avs altingsanlegg. Konvertering av væske til damp krever ikke oppvarming. Den flyter rett og slett fra en beholder med høyt atmosfærisk trykk til en beholder med lavere trykk. Dette fører til rask fordampning, ledsaget av kondensering av damp til væske.
Vakuumdestillasjon
En variant av redusert trykk-prosessen bruker en vakuumpumpe for å skape et vakuum. Denne metoden, k alt "vakuumdestillasjon", brukes noen ganger med stoffer som norm alt koker ved høye temperaturer eller brytes ned når de kokes under normale forhold.
Vakuumpumper skaper trykk i kolonnen, som er mye lavere enn atmosfærisk trykk. I tillegg til dem brukes vakuumregulatorer. Nøye kontroll av parameterne er svært viktig fordi separasjonseffektiviteten avhenger av forskjellen i relativ flyktighet ved en gitt temperatur og trykk. Endring av denne innstillingen kan påvirke fremdriften i prosessen negativt.
Vakuumdestillasjon er velkjent i raffinerier. Konvensjonelle destillasjonsmetoder separereslette hydrokarboner og urenheter fra tunge hydrokarboner. Restproduktet underkastes vakuumdestillasjon. Dette gjør det mulig å separere høytkokende hydrokarboner som oljer og voks ved lave temperaturer. Metoden brukes også ved separering av varmesensitive organiske kjemikalier og ved gjenvinning av organiske løsemidler.
Hva er dampdestillasjon?
Dampdestillasjon er en alternativ destillasjonsmetode ved temperaturer under norm alt kokepunkt. Det brukes når det destillerte stoffet er ublandbart og ikke reagerer kjemisk med vann. Eksempler på slike materialer er fettsyrer og soyaolje. Under destillasjon føres damp inn i væsken, som varmer den opp og forårsaker fordampning.
Destillasjon i en pakket kolonne
Selv om pakkede kolonner oftest brukes til absorpsjon, brukes de også til destillasjon av damp-væskeblandinger. Denne utformingen gir en stor kontaktflate, noe som øker effektiviteten til systemet. Et annet navn for en slik struktur er en destillasjonskolonne.
Operasjonsprinsippet er som følger. Råblandingen av komponenter med ulik flyktighet mates til midten av kolonnen. Væsken strømmer ned gjennom dysen, og dampen beveger seg opp. Blandingen i bunnen av tanken går inn i forvarmeren og går ut med damp. Gassen suser opp gjennom pakningen, plukker opp de mest flyktige komponentene i væsken, går ut av kolonnen og går inn i kondensatoren. Etter flyting kommer produktet inninn i slimsamleren, hvor det separeres i et destillat og en fraksjon som brukes til vanning.
Ulike konsentrasjoner fører til at mindre flyktige komponenter går fra dampfasen til væskefasen. Dysen øker varigheten og kontaktområdet, noe som øker separasjonseffektiviteten. Ved utløpet inneholder dampen maksimal mengde flyktige komponenter, mens deres konsentrasjon i væsken er minimal.
Dyser fylles i bulk og pakker. Formen på fyllstoffet kan være enten tilfeldig eller geometrisk strukturert. Den er laget av et inert materiale som leire, porselen, plast, keramikk, metall eller grafitt. Fyllstoffet har typisk dimensjoner fra 3 til 75 mm og har et stort overflateareal i kontakt med damp-væskeblandingen. Bulkfylling har fordelen med høy gjennomstrømning, høy trykkmotstand og lave kostnader.
Metallfyllstoffer har høy styrke og god fuktbarhet. Keramikk har enda høyere fuktbarhet, men de er ikke like sterke. De plastiske er sterke nok, men våter ikke godt ved lave strømningshastigheter. Siden keramiske fyllstoffer er motstandsdyktige mot korrosjon, brukes de ved høye temperaturer som plast ikke tåler.
Pakkedyser er et strukturert nett, hvis dimensjoner tilsvarer søylens diameter. Gir lange kanaler for væske- og dampstrømmer. De er dyrere, men lar deg redusere trykkfall. Pakkedyser foretrekkes ved lave strømningshastigheter og under lavtrykksforhold. De er vanligvis laget av tre, metallplater eller vevd netting.
Brukes i løsemiddelgjenvinning og petrokjemisk industri.
Destillasjon i destillasjonskolonne
Den mest brukte kolonnetypen. Antall plater avhenger av ønsket renhet og kompleksiteten til separasjonen. Det påvirker høyden på destillasjonskolonnen.
Prinsippet for driften er som følger. Blandingen mates i midten av høyden på kolonnen. Forskjellen i konsentrasjon fører til at de mindre flyktige komponentene går fra dampstrømmen til væskestrømmen. Gassen som forlater kondensatoren inneholder de mest flyktige stoffene, mens de mindre flyktige stoffene kommer ut gjennom varmeren og inn i væskestrømmen.
Geometrien til platene i kolonnen påvirker graden og typen av kontakt mellom ulike fasetilstander i blandingen. Strukturelt sett er de sikt, ventil, hette, gitter, kaskade osv. Siktbrett, som har hull for damp, brukes for å gi høy ytelse til lav pris. Billigere ventilbrett, hvor åpningene er forsynt med åpnings- og lukkeventiler, er utsatt for tilstopping på grunn av materialoppbygging. Hetter er utstyrt med hetter som lar damp passere gjennom væsken gjennom bittesmå hull. Dette er den mest avanserte og kostbare teknologien, effektiv ved lave strømningshastigheter. Væske strømmer fra ett brett til et annet nedover de vertikale avløpsrørene.
Tabellkolonner brukes ofte til å gjenvinne løsemidler fra prosessavfall. De brukes også til å gjenvinne metanol i en tørkeoperasjon. Vann kommer ut som et flytende produkt, og flyktig organisk avfall går over i dampfasen. Dette er hva destillasjon i en destillasjonskolonne er.
Cryogenic destillation
Kryogen destillasjon er bruken av generelle destillasjonsmetoder på gasser avkjølt til flytende tilstand. Systemet fungerer ved temperaturer under -150 °C. Til dette brukes varmevekslere og spoler. Hele strukturen kalles en kryogen blokk. Flytende gasser kommer inn i enheten og destilleres ved svært lave temperaturer. Kryogene destillasjonskolonner kan pakkes og pakkes. Batchdesign foretrekkes siden bulkmateriale er mindre effektivt ved lave temperaturer.
En av hovedapplikasjonene for kryogen destillasjon er separering av luft i gassene.
Ekstraksjonsdestillasjon
Ekstraksjonsdestillasjon bruker ytterligere forbindelser som fungerer som et løsningsmiddel for å endre den relative flyktigheten til en av komponentene i blandingen. I ekstraksjonskolonnen tilsettes et løsemiddel til stoffene som skal separeres. Komponenten av tilførselsstrømmen som skal gjenvinnes kombineres med løsningsmidlet og går ut i væskefasen. Den andre komponenten fordamper og går inn i destillatet. Andre løp tilen annen kolonne gjør at stoffet kan separeres fra løsningsmidlet, som deretter går tilbake til forrige trinn for å gjenta syklusen.
Ektraktiv destillasjon brukes til å skille forbindelser med nært kokepunkt og azeotropiske blandinger. Ekstraktiv destillasjon er ikke så utbredt i industrien som konvensjonell destillasjon på grunn av kompleksiteten i designet. Et eksempel er prosessen med å skaffe cellulose. Det organiske løsningsmidlet skiller cellulosen fra ligninet, og en andre destillasjon gir en ren substans.
