Mis on destilleerimine? See on protsess, mille käigus vedelik muudetakse auruks, mis seejärel kondenseerub tagasi vedelaks. Lihtsaim näide on vee destilleerimine, kus veekeetja aur sadestub tilkadena külmale pinnale.
Rakendus ja ajalugu
Destilleerimist kasutatakse vedelike eraldamiseks mittelenduvatest tahketest ainetest, näiteks piirituse destilleerimisel kääritatud materjalidest, või kahe või enama erineva keemistemperatuuriga vedeliku eraldamiseks, nagu bensiini, petrooleumi ja määrdeainete valmistamisel. naftast. Muud tööstuslikud rakendused hõlmavad kemikaalide, nagu formaldehüüdi ja fenooli töötlemine ning merevee magestamine.
Destilleerimisprotsessi kasutasid tõenäoliselt iidsed katsetajad. Aristoteles (384-322 eKr) mainis, et puhast vett saab merevee aurustamisega. Plinius vanem (23-79 pKr) kirjeldas primitiivset kondensatsioonimeetodit, mille käigus kampol kuumutamisel saadud õli kogutakse villa peale asetatud villale.alembic.
Lihtne destilleerimine
Enamik tööstuses ja laboriuuringutes kasutatavatest destilleerimismeetoditest on lihtsa destilleerimise variatsioonid. See põhitehnoloogia kasutab kuubikut või retorti, milles vedelikku kuumutatakse, kondensaatorit auru jahutamiseks ja anumat destillaadi kogumiseks. Ainete segu kuumutamisel destilleeritakse esm alt kõige lenduvam või madalaima keemistemperatuuriga aine ja seejärel destilleeritakse ülejäänud või ei destilleeritakse neid üldse. Selline lihtne aparaat sobib suurepäraselt mittelenduvaid komponente sisaldavate vedelike puhastamiseks ning on üsna tõhus erineva keemistemperatuuriga ainete eraldamiseks. Laboris kasutamiseks on aparaadi osad tavaliselt valmistatud klaasist ja ühendatud korkide, kummivoolikute või klaastorudega. Tööstuslikus mastaabis on seadmed metallist või keraamikast.
Fraktsionaalne destilleerimine
Meetod, mida nimetatakse fraktsioneerivaks või diferentsiaalseks destilleerimiseks, töötati välja õli rafineerimiseks, kuna lihtne destilleerimine vedelike eraldamiseks, mille keemispunktid erinevad vähe, on ebaefektiivne. Sel juhul aurud kondenseeruvad ja aurustuvad korduv alt isoleeritud vertikaalses mahutis. Erilist rolli mängivad siin kuivad aurikud, fraktsioonikolonnid ja kondensaatorid, mis võimaldavad osa kondensaadist destilleerimisseadmesse tagasi juhtida. Eesmärk on saavutada segu kerkivate erinevate faaside vahel tihe kontakt, etvastuvõtjasse jõudsid ainult kõige lenduvamad fraktsioonid auru kujul ja ülejäänu naasis vedelikuna kuubi poole. Lenduvate komponentide puhastamist selliste vastuvoolude vahelise kokkupuute tagajärjel nimetatakse alaldamiseks või rikastamiseks.
Mitmekordne destilleerimine
Seda meetodit nimetatakse ka mitmeastmeliseks välkaurustamiseks. See on teist tüüpi lihtne destilleerimine. Seda kasutatakse näiteks vee destilleerimiseks suurtes kaubanduslikes magestamistehastes. Vedeliku auruks muutmine ei vaja kuumutamist. See lihts alt voolab kõrge atmosfäärirõhuga anumast madalama rõhuga anumasse. See viib kiire aurustumiseni, millega kaasneb auru kondenseerumine vedelikuks.
Vakuumdestilleerimine
Ühe alandatud rõhuga protsessi variandi puhul kasutatakse vaakumi tekitamiseks vaakumpumpa. Seda meetodit, mida nimetatakse vaakumdestilleerimiseks, kasutatakse mõnikord ainetega, mis tavaliselt keevad kõrgel temperatuuril või lagunevad tavatingimustes keetmisel.
Vakuumpumbad tekitavad kolonnis rõhu, mis on palju madalam kui atmosfäärirõhk. Lisaks neile kasutatakse vaakumregulaatoreid. Parameetrite hoolikas reguleerimine on väga oluline, kuna eraldamise efektiivsus sõltub suhtelise lenduvuse erinevusest antud temperatuuril ja rõhul. Selle sätte muutmine võib protsessi edenemist negatiivselt mõjutada.
Vakuumdestilleerimine on rafineerimistehastes hästi tuntud. Tavalised destilleerimismeetodid on eraldikerged süsivesinikud ja raskete süsivesinike lisandid. Jääkprodukt destilleeritakse vaakumdestilleerimisel. See võimaldab eraldada madalal temperatuuril kõrge keemistemperatuuriga süsivesinikke, nagu õlid ja vahad. Meetodit kasutatakse ka kuumatundlike orgaaniliste kemikaalide eraldamisel ja orgaaniliste lahustite regenereerimisel.
Mis on aurudestilleerimine?
Aurudestilleerimine on alternatiivne destilleerimismeetod normaalsest keemistemperatuurist madalamal temperatuuril. Seda kasutatakse juhul, kui destilleeritud aine on segunematu ega reageeri keemiliselt veega. Sellisteks materjalideks on näiteks rasvhapped ja sojaõli. Destilleerimise ajal juhitakse vedelikku auru, mis soojendab seda ja põhjustab aurustumist.
Destilleerimine täidetud kolonnis
Kuigi absorptsiooniks kasutatakse kõige sagedamini täidetud kolonne, kasutatakse neid ka auru-vedeliku segude destilleerimiseks. See disain tagab suure kontaktpinna, mis suurendab süsteemi tõhusust. Sellise struktuuri teine nimi on destilleerimiskolonn.
Tööpõhimõte on järgmine. Erineva lenduvusega komponentide toorsegu juhitakse kolonni keskele. Vedelik voolab läbi düüsi alla ja aur liigub üles. Paagi põhjas olev segu siseneb eelsoojendisse ja väljub koos auruga. Gaas tormab läbi täidise üles, korjates endasse vedeliku kõige lenduvamad komponendid, väljub kolonnist ja siseneb kondensaatorisse. Pärast veeldamist siseneb toodeflegmakollektorisse, kus see eraldatakse destillaadiks ja fraktsiooniks, mida kasutatakse niisutamiseks.
Erinevad kontsentratsioonid põhjustavad vähem lenduvate komponentide liikumist aurufaasist vedelasse faasi. Düüs suurendab kontakti kestust ja pindala, mis suurendab eraldamise efektiivsust. Väljalaskeava juures sisaldab aur maksimaalselt lenduvaid komponente, samas kui nende kontsentratsioon vedelikus on minimaalne.
Düüsid täidetakse hulgi ja pakendites. Täiteaine kuju võib olla kas juhuslik või geomeetriliselt struktureeritud. See on valmistatud inertsest materjalist, nagu savi, portselan, plast, keraamika, metall või grafiit. Täiteaine mõõtmed on tavaliselt 3 kuni 75 mm ja sellel on suur pind, mis puutub kokku auru-vedeliku seguga. Hulgitäidise eeliseks on suur läbilaskevõime, kõrge rõhukindlus ja madal hind.
Metallist täiteainetel on kõrge tugevus ja hea märguvus. Keraamikal on veelgi suurem märguvus, kuid see pole nii tugev. Plastikused on piisav alt tugevad, kuid ei niisuta hästi madala vooluhulga juures. Kuna keraamilised täiteained on korrosioonikindlad, kasutatakse neid kõrgetel temperatuuridel, mida plast ei talu.
Paketidüüsid on struktureeritud võrk, mille mõõtmed vastavad samba läbimõõdule. Pakub pikki kanaleid vedelike ja aurude liikumiseks. Need on kallimad, kuid võimaldavad teil vähendada rõhulangust. Pakettdüüsid on eelistatud madala voolukiiruse ja madala rõhu tingimustes. Need on tavaliselt valmistatud puidust, lehtmetallist või kootud võrgust.
Kasutatakse lahustite regenereerimisel ja naftakeemiatööstuses.
Destilleerimine destilleerimiskolonnis
Kõige laialdasem alt kasutatav veerutüüp. Plaatide arv sõltub soovitud puhtusest ja eraldamise keerukusest. See mõjutab destilleerimiskolonni kõrgust.
Selle tööpõhimõte on järgmine. Segu söödetakse kolonni kõrguse keskele. Kontsentratsiooni erinevus põhjustab vähem lenduvate komponentide liikumist auruvoolust vedeliku voolu. Kondensaatorist väljuv gaas sisaldab kõige rohkem lenduvaid aineid, samas kui vähem lenduvad ained väljuvad läbi küttekeha vedeliku voolu.
Plaatide geomeetria kolonnis mõjutab kontakti astet ja tüüpi segu erinevate faasiolekute vahel. Struktuurselt on need sõel, klapp, kork, võre, kaskaad jne. Sõelaaluseid, millel on auru jaoks augud, kasutatakse kõrge jõudluse tagamiseks madala hinnaga. Odavamad klapialused, mille avad on varustatud avamis- ja sulgemisventiilidega, võivad materjali kogunemise tõttu ummistuda. Korgid on varustatud korkidega, mis lasevad aurul läbi pisikeste aukude vedeliku läbida. See on kõige arenenum ja kallim tehnoloogia, mis on efektiivne madalatel voolukiirustel. Vedelik voolab ühest kandikust teise mööda äravoolu vertikaalseid torusid.
Tabeli veerge kasutatakse sageli protsessijäätmetest lahustite regenereerimiseks. Neid kasutatakse ka metanooli regenereerimiseks kuivatamise käigus. Vesi väljub vedela tootena ja lenduvad orgaanilised jäätmed lähevad aurufaasi. See on destilleerimine destilleerimiskolonnis.
Krüogeenne destilleerimine
Krüogeenne destilleerimine on üldiste destilleerimismeetodite rakendamine vedelasse olekusse jahutatud gaaside puhul. Süsteem töötab temperatuuril alla -150 °C. Selleks kasutatakse soojusvahetiid ja mähiseid. Kogu struktuuri nimetatakse krüogeenseks plokiks. Vedelgaasid sisenevad seadmesse ja destilleeritakse väga madalal temperatuuril. Krüogeenseid destilleerimiskolonne saab pakkida ja pakendada. Eelistatakse partiide kujundust, kuna puistematerjal on madalatel temperatuuridel vähem efektiivne.
Üks krüogeense destilleerimise peamisi rakendusi on õhu eraldamine selle koostisosadeks olevateks gaasideks.
Ekstraktiivne destilleerimine
Ekstraktiivsel destilleerimisel kasutatakse täiendavaid ühendeid, mis toimivad lahustina, et muuta segu ühe komponendi suhtelist lenduvust. Ekstraheerimiskolonnis lisatakse eraldatavatele ainetele lahusti. Taaskasutatav toitevoo komponent ühineb lahustiga ja väljub vedelas faasis. Teine komponent aurustub ja läheb destillaati. Teine jooks kuniteine veerg võimaldab ainet lahustist eraldada, mis seejärel naaseb tsükli kordamiseks eelmisele etapile.
Ekstraktiivset destilleerimist kasutatakse lähedase keemistemperatuuriga ühendite ja aseotroopsete segude eraldamiseks. Ekstraheeriv destilleerimine ei ole konstruktsiooni keerukuse tõttu tööstuses nii lai alt levinud kui tavaline destilleerimine. Näiteks võib tuua tselluloosi saamise protsessi. Orgaaniline lahusti eraldab tselluloosi ligniinist ja teisel destilleerimisel saadakse puhas aine.
