Vad är destillation? Detta är processen att omvandla en vätska till ånga, som sedan kondenseras tillbaka till flytande form. Det enklaste exemplet är destillering av vatten, där ånga från en vattenkokare avsätts som droppar på en kall yta.
Ansökan och historik
Destillation används för att separera vätskor från icke-flyktiga fasta ämnen, som vid destillation av sprit från fermenterade material, eller för att separera två eller flera vätskor med olika kokpunkter, som vid tillverkning av bensin, fotogen och smörjmedel från petroleum. Andra industriella tillämpningar inkluderar bearbetning av kemikalier som formaldehyd och fenol och avs altning av havsvatten.
Destillationsprocessen användes förmodligen av forntida försöksledare. Aristoteles (384-322 f. Kr.) nämnde att rent vatten kan erhållas genom att förånga havsvatten. Plinius den äldre (23-79 e. Kr.) beskrev en primitiv metod för kondensering där olja som erhålls genom uppvärmning av kolofonium samlas på ull som placeras ovanpåalembic.
Enkel destillation
De flesta destillationsmetoder som används inom industri- och laboratorieforskning är varianter av enkel destillation. Denna grundläggande teknik använder en kub eller retort där vätskan värms upp, en kondensor för att kyla ångan och ett kärl för att samla upp destillatet. När en blandning av ämnen upphettas, destilleras först den flyktigaste av dem, eller den med lägst kokpunkt, och sedan destilleras de andra, eller destilleras inte alls. En sådan enkel apparat är utmärkt för att rena vätskor som innehåller icke-flyktiga komponenter och är ganska effektiv för att separera ämnen med olika kokpunkter. För laboratorieanvändning är delar av apparaten vanligtvis gjorda av glas och anslutna med proppar, gummislangar eller glasrör. I industriell skala är utrustning gjord av metall eller keramik.
Fraktionerad destillation
En metod som kallas fraktionerad, eller differentiell, destillation utvecklades för oljeraffinering eftersom enkel destillation för att separera vätskor vars kokpunkter skiljer sig lite är ineffektiv. I detta fall kondenserar ångorna upprepade gånger och avdunstar i en isolerad vertikal behållare. En speciell roll här spelas av torra ångare, fraktionerade kolonner och kondensorer, som gör det möjligt att återföra en del av kondensatet tillbaka till destillationsapparaten. Målet är att uppnå nära kontakt mellan de stigande olika faserna av blandningen så attendast de mest flyktiga fraktionerna i form av en ånga nådde mottagaren, och resten återvände i form av en vätska mot kuben. Rening av flyktiga komponenter som ett resultat av kontakt mellan sådana motströmmar kallas rektifiering, eller anrikning.
Multipeldestillation
Denna metod kallas också flerstegs blixtavdunstning. Detta är en annan typ av enkel destillation. Det används till exempel för att destillera vatten i stora kommersiella avs altningsanläggningar. Att omvandla vätska till ånga kräver ingen uppvärmning. Det flyter helt enkelt från en behållare med högt atmosfärstryck till en behållare med lägre tryck. Detta leder till snabb avdunstning, åtföljd av kondensering av ånga till vätska.
Vakuumdestillation
En variant av processen med reducerat tryck använder en vakuumpump för att skapa ett vakuum. Denna metod, som kallas "vakuumdestillation", används ibland med ämnen som norm alt kokar vid höga temperaturer eller sönderdelas när de kokas under normala förhållanden.
Vakuumpumpar skapar tryck i kolonnen, vilket är mycket lägre än atmosfärstrycket. Utöver dem används vakuumregulatorer. Noggrann kontroll av parametrarna är mycket viktig eftersom separationseffektiviteten beror på skillnaden i relativ flyktighet vid en given temperatur och tryck. Om du ändrar den här inställningen kan det påverka processens förlopp negativt.
Vakuumdestillation är välkänt i raffinaderier. Konventionella destillationsmetoder separeraslätta kolväten och föroreningar från tunga kolväten. Den resterande produkten utsätts för vakuumdestillation. Detta gör det möjligt att separera högkokande kolväten som oljor och vaxer vid låga temperaturer. Metoden används även vid separering av värmekänsliga organiska kemikalier och vid återvinning av organiska lösningsmedel.
Vad är ångdestillation?
Ångdestillation är en alternativ destillationsmetod vid temperaturer under normal kokpunkt. Det används när det destillerade ämnet är oblandbart och inte reagerar kemiskt med vatten. Exempel på sådana material är fettsyror och sojabönolja. Under destillationen förs ånga in i vätskan, som värmer den och orsakar avdunstning.
Destillation i en packad kolumn
Även om packade kolonner oftast används för absorption, används de också för destillation av ång-vätskeblandningar. Denna design ger en stor kontaktyta, vilket ökar systemets effektivitet. Ett annat namn för en sådan struktur är en destillationskolonn.
Funktionsprincipen är följande. Den råa blandningen av komponenter med olika flyktighet matas till mitten av kolonnen. Vätskan rinner ner genom munstycket och ångan rör sig uppåt. Blandningen i botten av tanken går in i förvärmaren och går ut med ånga. Gasen rusar upp genom packningen, plockar upp de mest flyktiga komponenterna i vätskan, lämnar kolonnen och går in i kondensorn. Efter flytande kommer produkten inin i slemuppsamlaren, där det separeras i ett destillat och en fraktion som används för bevattning.
Olika koncentrationer gör att mindre flyktiga komponenter passerar från ångfasen till vätskefasen. Munstycket ökar varaktigheten och kontaktytan, vilket ökar separationseffektiviteten. Vid utloppet innehåller ångan den maximala mängden flyktiga komponenter, medan deras koncentration i vätskan är minimal.
Munstycken fylls i bulk och paket. Formen på fyllmedlet kan vara antingen slumpmässigt eller geometriskt strukturerat. Den är gjord av ett inert material som lera, porslin, plast, keramik, metall eller grafit. Fyllmedlet har typiskt dimensioner från 3 till 75 mm och har en stor yta i kontakt med ång-vätskeblandningen. Bulkfyllning har fördelen av hög genomströmning, hög tryckmotstånd och låg kostnad.
Metallfyllmedel har hög hållfasthet och god vätbarhet. Keramik har ännu högre vätbarhet, men de är inte lika starka. De plastiga är tillräckligt starka, men väter inte bra vid låga flödeshastigheter. Eftersom keramiska fyllmedel är resistenta mot korrosion används de vid förhöjda temperaturer som plast inte tål.
Förpackningsmunstycken är ett strukturerat nät, vars dimensioner motsvarar pelarens diameter. Ger långa kanaler för vätske- och ångflöden. De är dyrare, men låter dig minska tryckfallet. Paketmunstycken föredras vid låga flödeshastigheter och under lågtrycksförhållanden. De är vanligtvis gjorda av trä, plåt eller vävt nät.
Används i lösningsmedelsåtervinning och petrokemisk industri.
Destillation i destillationskolumn
Den mest använda kolumntypen. Antalet plattor beror på den önskade renheten och komplexiteten i separationen. Det påverkar höjden på destillationskolonnen.
Principen för dess funktion är som följer. Blandningen matas i mitten av kolonnens höjd. Skillnaden i koncentration gör att de mindre flyktiga komponenterna passerar från ångströmmen till vätskeströmmen. Gasen som lämnar kondensorn innehåller de mest flyktiga ämnena, medan de mindre flyktiga ämnena kommer ut genom värmaren in i vätskeströmmen.
Geometrin på plattorna i kolonnen påverkar graden och typen av kontakt mellan olika fastillstånd i blandningen. Strukturellt är de sil, ventil, lock, galler, kaskad etc. Silbrickor, som har hål för ånga, används för att ge hög prestanda till låg kostnad. Billigare ventiltråg, där öppningarna är försedda med öppnings- och stängningsventiler, är benägna att täppas igen på grund av materialansamling. Caps är utrustade med lock som låter ånga passera genom vätskan genom små hål. Detta är den mest avancerade och dyrbara tekniken, effektiv vid låga flödeshastigheter. Vätska strömmar från ett tråg till ett annat nedför de vertikala avloppsrören.
Tabellkolumner används ofta för att återvinna lösningsmedel från processavfall. De används också för att återvinna metanol i en torkningsoperation. Vatten kommer ut som en flytande produkt och flyktigt organiskt avfall går in i ångfasen. Detta är vad destillation i en destillationskolonn är.
Cryogenic destillation
Kryogen destillation är tillämpningen av allmänna destillationsmetoder på gaser som kyls till flytande tillstånd. Systemet arbetar vid temperaturer under -150 °C. För detta används värmeväxlare och spolar. Hela strukturen kallas ett kryogent block. Flytande gaser kommer in i enheten och destilleras vid mycket låga temperaturer. Kryogena destillationskolonner kan packas och förpackas. Batchdesign är att föredra eftersom bulkmaterial är mindre effektivt vid låga temperaturer.
En av de viktigaste tillämpningarna för kryogen destillation är separering av luft i dess ingående gaser.
Extraktiv destillation
Extraktiv destillation använder ytterligare föreningar som fungerar som lösningsmedel för att ändra den relativa flyktigheten hos en av komponenterna i blandningen. I extraktionskolonnen tillsätts ett lösningsmedel till de ämnen som ska separeras. Komponenten i tillförselströmmen som ska utvinnas kombineras med lösningsmedlet och utgår i vätskefasen. Den andra komponenten avdunstar och går in i destillatet. Andra körningen tillen annan kolumn gör att ämnet kan separeras från lösningsmedlet, som sedan återgår till föregående steg för att upprepa cykeln.
Extraktiv destillation används för att separera föreningar med nära kokpunkter och azeotropa blandningar. Extraktiv destillation är inte lika utbredd i industrin som konventionell destillation på grund av designens komplexitet. Ett exempel är processen att erhålla cellulosa. Det organiska lösningsmedlet separerar cellulosan från ligninet och en andra destillation ger en ren substans.
