Hvad er destillation? Dette er processen med at omdanne en væske til damp, som derefter kondenserer tilbage til flydende form. Det enkleste eksempel er destillation af vand, hvor damp fra en kedel aflejres som dråber på en kold overflade.
Ansøgning og historik
Destillation bruges til at adskille væsker fra ikke-flygtige faste stoffer, som ved destillation af spiritus fra fermenterede materialer, eller til at adskille to eller flere væsker med forskellige kogepunkter, som ved fremstilling af benzin, petroleum og smøremidler fra petroleum. Andre industrielle anvendelser omfatter behandling af kemikalier såsom formaldehyd og phenol og afs altning af havvand.
Destillationsprocessen blev sandsynligvis brugt af gamle eksperimenter. Aristoteles (384-322 f. Kr.) nævnte, at rent vand kan opnås ved at fordampe havvand. Plinius den Ældre (23-79 e. Kr.) beskrev en primitiv metode til kondensering, hvor olie opnået ved opvarmning af kolofonium opsamles på uld placeret oven påalembic.
Simpel destillation
De fleste af de destillationsmetoder, der bruges i industri- og laboratorieforskning, er variationer af simpel destillation. Denne grundlæggende teknologi bruger en terning eller retort, hvor væsken opvarmes, en kondensator til at afkøle dampen og en beholder til at opsamle destillatet. Når en blanding af stoffer opvarmes, destilleres først den mest flygtige af dem, eller den med det laveste kogepunkt, og derefter destilleres de andre eller destilleres slet ikke. Et sådant simpelt apparat er fremragende til at rense væsker indeholdende ikke-flygtige komponenter og er ret effektivt til at adskille stoffer med forskellige kogepunkter. Til laboratoriebrug er dele af apparatet norm alt lavet af glas og forbundet med propper, gummislanger eller glasrør. I industriel skala er udstyr lavet af metal eller keramik.
Fraktionel destillation
En metode kaldet fraktioneret eller differentiel destillation blev udviklet til olieraffinering, fordi simpel destillation for at adskille væsker, hvis kogepunkter afviger lidt, er ineffektiv. I dette tilfælde kondenserer dampene gentagne gange og fordamper i en isoleret lodret beholder. En særlig rolle her spilles af tørdampere, fraktionssøjler og kondensatorer, som gør det muligt at føre noget af kondensatet tilbage til destillationsapparatet. Målet er at opnå tæt kontakt mellem de stigende forskellige faser af blandingen, således atkun de mest flygtige fraktioner i form af en damp nåede modtageren, og resten vendte tilbage i form af en væske mod kuben. Oprensning af flygtige komponenter som følge af kontakt mellem sådanne modstrømme kaldes rektifikation eller berigelse.
Multiple destillation
Denne metode kaldes også multi-stage flash-fordampning. Dette er en anden form for simpel destillation. Det bruges for eksempel til at destillere vand i store kommercielle afs altningsanlæg. Konvertering af væske til damp kræver ikke opvarmning. Det flyder simpelthen fra en beholder med højt atmosfærisk tryk til en beholder med lavere tryk. Dette fører til hurtig fordampning, ledsaget af kondensering af damp til væske.
Vakuumdestillation
En variation af processen med reduceret tryk bruger en vakuumpumpe til at skabe et vakuum. Denne metode, kaldet "vakuumdestillation", bruges nogle gange med stoffer, der norm alt koger ved høje temperaturer eller nedbrydes, når de koges under normale forhold.
Vakuumpumper skaber tryk i kolonnen, som er meget lavere end atmosfærisk tryk. Ud over dem bruges vakuumregulatorer. Omhyggelig kontrol af parametrene er meget vigtig, fordi separationseffektiviteten afhænger af forskellen i relativ flygtighed ved en given temperatur og tryk. Ændring af denne indstilling kan have en negativ indvirkning på processens fremskridt.
Vakuumdestillation er velkendt i raffinaderier. Konventionelle destillationsmetoder adskilleslette kulbrinter og urenheder fra tunge kulbrinter. Restproduktet underkastes vakuumdestillation. Dette gør det muligt at udskille højtkogende kulbrinter som olier og voksarter ved lave temperaturer. Metoden bruges også til adskillelse af varmefølsomme organiske kemikalier og til genvinding af organiske opløsningsmidler.
Hvad er dampdestillation?
Dampdestillation er en alternativ destillationsmetode ved temperaturer under det normale kogepunkt. Det bruges, når det destillerede stof er ublandbart og ikke kemisk reagerer med vand. Eksempler på sådanne materialer er fedtsyrer og sojaolie. Under destillation indføres damp i væsken, som opvarmer den og forårsager fordampning.
Destillation i en pakket kolonne
Selv om pakkede kolonner oftest bruges til absorption, bruges de også til destillation af damp-væske-blandinger. Dette design giver en stor kontaktflade, hvilket øger systemets effektivitet. Et andet navn for en sådan struktur er en destillationskolonne.
Betjeningsprincippet er som følger. Den rå blanding af komponenter med forskellig flygtighed tilføres til midten af søjlen. Væsken strømmer ned gennem dysen, og dampen bevæger sig op. Blandingen i bunden af tanken kommer ind i forvarmeren og forlader med damp. Gassen skynder sig op gennem pakningen, samler de mest flygtige komponenter af væsken op, forlader kolonnen og kommer ind i kondensatoren. Efter fortætning kommer produktet indind i slimopsamleren, hvor det adskilles i et destillat og en fraktion, der bruges til kunstvanding.
Forskellige koncentrationer får mindre flygtige komponenter til at passere fra dampfasen til væskefasen. Dysen øger varigheden og kontaktarealet, hvilket øger separationseffektiviteten. Ved udløbet indeholder dampen den maksimale mængde af flygtige komponenter, mens deres koncentration i væsken er minimal.
Dyser fyldes i bulk og pakker. Formen af fyldstoffet kan være enten tilfældig eller geometrisk struktureret. Den er lavet af et inert materiale som ler, porcelæn, plast, keramik, metal eller grafit. Fyldstoffet har typisk dimensioner fra 3 til 75 mm og har et stort overfladeareal i kontakt med damp-væske-blandingen. Bulkpåfyldning har fordelen ved høj gennemstrømning, høj trykmodstand og lave omkostninger.
Metalfyldstoffer har høj styrke og god befugtningsevne. Keramik har endnu højere befugtningsevne, men de er ikke så stærke. De plastiske er stærke nok, men våder ikke godt ved lave strømningshastigheder. Da keramiske fyldstoffer er modstandsdygtige over for korrosion, bruges de ved forhøjede temperaturer, som plastik ikke kan modstå.
Pakkedyser er et struktureret net, hvis dimensioner svarer til søjlens diameter. Giver lange kanaler til væske- og dampstrømme. De er dyrere, men giver dig mulighed for at reducere trykfald. Pakkedyser foretrækkes ved lave strømningshastigheder og under lavtryksforhold. De er norm alt lavet af træ, metalplader eller vævet mesh.
Bruges i opløsningsmiddelgenvinding og petrokemiske industrier.
Destillation i destillationskolonne
Den mest udbredte kolonnetype. Antallet af plader afhænger af den ønskede renhed og kompleksiteten af adskillelsen. Det påvirker højden af destillationskolonnen.
Princippet for dets funktion er som følger. Blandingen tilføres i midten af kolonnens højde. Forskellen i koncentration får de mindre flygtige komponenter til at passere fra dampstrømmen til væskestrømmen. Gassen, der forlader kondensatoren, indeholder de mest flygtige stoffer, mens de mindre flygtige stoffer kommer ud gennem varmeren og ind i væskestrømmen.
Geometrien af pladerne i kolonnen påvirker graden og typen af kontakt mellem forskellige fasetilstande af blandingen. Strukturelt er de sigte, ventil, hætte, gitter, kaskade osv. Sigtebakker, som har huller til damp, bruges til at give høj ydeevne til lave omkostninger. Billigere ventilbakker, hvor åbningerne er forsynet med åbne- og lukkeventiler, er tilbøjelige til at tilstoppe på grund af materialeopbygning. Hætter er udstyret med hætter, der tillader damp at passere gennem væsken gennem små huller. Dette er den mest avancerede og dyre teknologi, effektiv ved lave flowhastigheder. Væske strømmer fra en bakke til en anden ned i de lodrette afløbsrør.
Tabelkolonner bruges ofte til at genvinde opløsningsmidler fra procesaffald. De bruges også til at genvinde methanol i en tørreoperation. Vand kommer ud som et flydende produkt, og flygtigt organisk affald går over i dampfasen. Dette er, hvad destillation i en destillationskolonne er.
Kryogen destillation
Kryogen destillation er anvendelsen af generelle destillationsmetoder på gasser, der er afkølet til flydende tilstand. Systemet fungerer ved temperaturer under -150 °C. Til dette bruges varmevekslere og spoler. Hele strukturen kaldes en kryogen blok. Flydende gasser kommer ind i enheden og destilleres ved meget lave temperaturer. Kryogene destillationskolonner kan pakkes og pakkes. Batchdesign foretrækkes, da bulkmateriale er mindre effektivt ved lave temperaturer.
En af de vigtigste anvendelser ved kryogen destillation er adskillelse af luft i gasserne.
Ektraktiv destillation
Ektraktiv destillation bruger yderligere forbindelser, der fungerer som opløsningsmiddel til at ændre den relative flygtighed af en af komponenterne i blandingen. I ekstraktionskolonnen tilsættes et opløsningsmiddel til de stoffer, der skal adskilles. Komponenten af fødestrømmen, der skal genvindes, kombineres med opløsningsmidlet og forlader den flydende fase. Den anden komponent fordamper og går ind i destillatet. Andet løb tilen anden kolonne gør det muligt at separere stoffet fra opløsningsmidlet, som derefter vender tilbage til det forrige trin for at gentage cyklussen.
Ektraktiv destillation bruges til at adskille forbindelser med tætte kogepunkter og azeotrope blandinger. Ekstraktiv destillation er ikke så udbredt i industrien som konventionel destillation på grund af designets kompleksitet. Et eksempel er processen med at opnå cellulose. Det organiske opløsningsmiddel adskiller cellulosen fra ligninet, og en anden destillation producerer et rent stof.
