Kas ir destilācija? Šis ir process, kurā šķidrums tiek pārvērsts tvaikos, kas pēc tam atkal kondensējas šķidrā veidā. Vienkāršākais piemērs ir ūdens destilācija, kad tvaiks no tējkannas pilienu veidā tiek nogulsnēts uz aukstas virsmas.
Pieteikums un vēsture
Destilāciju izmanto, lai atdalītu šķidrumus no negaistošām cietām vielām, piemēram, destilējot stipros alkoholiskos dzērienus no fermentētiem materiāliem, vai lai atdalītu divus vai vairākus šķidrumus ar atšķirīgu viršanas temperatūru, piemēram, benzīna, petrolejas un smērvielu ražošanā. no naftas. Citi rūpnieciski pielietojumi ietver ķīmisku vielu, piemēram, formaldehīda un fenola, un jūras ūdens atsāļošanu.
Destilācijas procesu, iespējams, izmantoja senie eksperimentētāji. Aristotelis (384-322 BC) minēja, ka tīru ūdeni var iegūt, iztvaicējot jūras ūdeni. Plīnijs Vecākais (23-79 AD) aprakstīja primitīvu kondensācijas metodi, kurā eļļu, kas iegūta, karsējot kolofoniju, savāc uz vilnas, kas novietota virsūalembic.
Vienkārša destilācija
Lielākā daļa rūpniecībā un laboratorijas pētījumos izmantoto destilācijas metožu ir vienkāršas destilācijas variācijas. Šajā pamattehnoloģijā tiek izmantots kubs vai retorte, kurā tiek uzkarsēts šķidrums, kondensators tvaiku atdzesēšanai un trauku destilāta savākšanai. Karsējot vielu maisījumu, vispirms tiek destilēts gaistošākais vai tas, kuram ir zemākā viršanas temperatūra, un pēc tam pārējās tiek destilēts vai netiek destilēts vispār. Šāds vienkāršs aparāts ir lieliski piemērots tādu šķidrumu attīrīšanai, kas satur negaistošas sastāvdaļas, un ir diezgan efektīvs vielu atdalīšanai ar dažādu viršanas temperatūru. Laboratorijas vajadzībām aparāta daļas parasti ir izgatavotas no stikla un savienotas ar aizbāžņiem, gumijas šļūtenēm vai stikla caurulēm. Rūpnieciskā mērogā iekārtas ir izgatavotas no metāla vai keramikas.
Frakcionālā destilācija
Eļļas rafinēšanai tika izstrādāta metode, ko sauc par frakcionētu jeb diferenciālo destilāciju, jo vienkārša destilācija, lai atdalītu šķidrumus, kuru viršanas temperatūras atšķiras, ir neefektīva. Šajā gadījumā tvaiki atkārtoti kondensējas un iztvaiko izolētā vertikālā traukā. Īpaša loma šeit ir sausajiem tvaikoņiem, frakcionētajām kolonnām un kondensatoriem, kas ļauj atgriezt daļu kondensāta atpakaļ destilētā. Mērķis ir panākt ciešu kontaktu starp augošām dažādām maisījuma fāzēm, laiuztvērēju sasniedza tikai gaistošākās frakcijas tvaiku veidā, bet pārējās šķidruma veidā atgriezās kuba virzienā. Gaistošo komponentu attīrīšanu šādu pretstrāvu kontakta rezultātā sauc par rektifikāciju vai bagātināšanu.
Vairākkārtēja destilācija
Šo metodi sauc arī par daudzpakāpju zibspuldzes iztvaikošanu. Tas ir vēl viens vienkāršas destilācijas veids. To izmanto, piemēram, ūdens destilēšanai lielās komerciālās atsāļošanas iekārtās. Šķidruma pārvēršanai tvaikos nav nepieciešama karsēšana. Tas vienkārši plūst no tvertnes ar augstu atmosfēras spiedienu uz konteineru ar zemāku spiedienu. Tas izraisa strauju iztvaikošanu, ko pavada tvaiku kondensācija šķidrumā.
Vakuuma destilācija
Vienā pazemināta spiediena procesa variantā vakuuma radīšanai izmanto vakuumsūkni. Šo metodi, ko sauc par "vakuuma destilāciju", dažreiz izmanto vielām, kas parasti vārās augstā temperatūrā vai sadalās, vārot normālos apstākļos.
Vakuumsūkņi rada spiedienu kolonnā, kas ir daudz zemāks par atmosfēras spiedienu. Papildus tiem tiek izmantoti vakuuma regulatori. Rūpīga parametru kontrole ir ļoti svarīga, jo atdalīšanas efektivitāte ir atkarīga no relatīvās nepastāvības atšķirības noteiktā temperatūrā un spiedienā. Šī iestatījuma maiņa var negatīvi ietekmēt procesa norisi.
Vakuuma destilācija ir labi zināma rafinēšanas rūpnīcās. Atšķiras tradicionālās destilācijas metodesvieglie ogļūdeņraži un smago ogļūdeņražu piemaisījumi. Atlikušo produktu pakļauj vakuumdestilācijai. Tas ļauj atdalīt ogļūdeņražus ar augstu viršanas temperatūru, piemēram, eļļas un vaskus zemā temperatūrā. Šo metodi izmanto arī karstumjutīgu organisko ķīmisko vielu atdalīšanai un organisko šķīdinātāju atgūšanai.
Kas ir tvaika destilācija?
Tvaika destilācija ir alternatīva destilācijas metode temperatūrā, kas zemāka par normālo viršanas temperatūru. To lieto, ja destilētā viela nesajaucas un ķīmiski nereaģē ar ūdeni. Šādu materiālu piemēri ir taukskābes un sojas eļļa. Destilācijas laikā šķidrumā tiek ievadīts tvaiks, kas to uzsilda un izraisa iztvaikošanu.
Destilācija pildītā kolonnā
Lai gan uzsūkšanai visbiežāk izmanto pildītās kolonnas, tās izmanto arī tvaiku-šķidruma maisījumu destilēšanai. Šis dizains nodrošina lielu kontaktvirsmas laukumu, kas palielina sistēmas efektivitāti. Vēl viens šādas struktūras nosaukums ir destilācijas kolonna.
Darbības princips ir šāds. Neapstrādāts komponentu maisījums ar dažādu gaistamību tiek padots uz kolonnas centru. Šķidrums plūst uz leju caur sprauslu, un tvaiki virzās uz augšu. Tvertnes apakšā esošais maisījums nonāk priekšsildītājā un iziet ar tvaiku. Gāze steidzas augšup pa iepakojumu, uzņemot šķidruma gaistošākās sastāvdaļas, iziet no kolonnas un nonāk kondensatorā. Pēc sašķidrināšanas produkts nonākflegmu savācējā, kur tas tiek atdalīts destilātā un frakcijā, ko izmanto apūdeņošanai.
Dažādas koncentrācijas izraisa mazāk gaistošu komponentu pāreju no tvaika fāzes uz šķidro fāzi. Sprausla palielina kontakta ilgumu un laukumu, kas palielina atdalīšanas efektivitāti. Izejā tvaiki satur maksimālo gaistošo komponentu daudzumu, savukārt to koncentrācija šķidrumā ir minimāla.
Sprauslas tiek pildītas vairumā un iepakojumos. Pildvielas forma var būt nejauša vai ģeometriski strukturēta. Tas ir izgatavots no inerta materiāla, piemēram, māla, porcelāna, plastmasas, keramikas, metāla vai grafīta. Pildvielas izmēri parasti ir no 3 līdz 75 mm, un tai ir liels virsmas laukums, kas saskaras ar tvaiku-šķidruma maisījumu. Lielapjoma pildījuma priekšrocība ir liela caurlaidspēja, augsta spiediena izturība un zemas izmaksas.
Metāla pildvielām ir augsta izturība un laba mitrināmība. Keramikai ir vēl lielāka mitrināmība, taču tā nav tik izturīga. Plastmasas ir pietiekami izturīgas, bet slikti slapj pie zema plūsmas ātruma. Tā kā keramikas pildvielas ir izturīgas pret koroziju, tās izmanto paaugstinātā temperatūrā, ko plastmasa nevar izturēt.
Iepakojuma sprauslas ir strukturēts siets, kura izmēri atbilst kolonnas diametram. Nodrošina garus kanālus šķidruma un tvaiku plūsmai. Tie ir dārgāki, taču ļauj samazināt spiediena kritumus. Pakešu sprauslām priekšroka dodama zema plūsmas ātruma un zema spiediena apstākļos. Tie parasti ir izgatavoti no koka, lokšņu metāla vai auduma sieta.
Izmanto šķīdinātāju reģenerācijā un naftas ķīmijas rūpniecībā.
Destilācija destilācijas kolonnā
Visplašāk izmantotais kolonnu veids. Plākšņu skaits ir atkarīgs no vēlamās tīrības un atdalīšanas sarežģītības. Tas ietekmē destilācijas kolonnas augstumu.
Tā darbības princips ir šāds. Maisījumu padod kolonnas augstuma vidū. Koncentrācijas atšķirība izraisa mazāk gaistošu komponentu pāreju no tvaika plūsmas uz šķidruma plūsmu. Gāze, kas iziet no kondensatora, satur visvairāk gaistošu vielu, savukārt mazāk gaistošas vielas iziet caur sildītāju šķidruma plūsmā.
Plākšņu ģeometrija kolonnā ietekmē saskares pakāpi un veidu starp dažādiem maisījuma fāzes stāvokļiem. Strukturāli tie ir siets, vārsts, vāciņš, režģis, kaskāde utt. Sietu paplātes, kurām ir caurumi tvaikam, tiek izmantotas, lai nodrošinātu augstu veiktspēju par zemām izmaksām. Lētākas vārstu paplātes, kurās atveres ir aprīkotas ar atvēršanas un aizvēršanas vārstiem, ir pakļautas aizsērēšanai materiāla uzkrāšanās dēļ. Vāciņi ir aprīkoti ar vāciņiem, kas ļauj tvaikiem iziet cauri šķidrumam caur sīkiem caurumiem. Šī ir vismodernākā un dārgākā tehnoloģija, kas ir efektīva ar zemu plūsmas ātrumu. Šķidrums plūst no vienas paplātes uz otru pa vertikālajām kanalizācijas caurulēm.
Tabulas kolonnas bieži izmanto, lai atgūtu šķīdinātājus no procesa atkritumiem. Tos izmanto arī metanola atgūšanai žāvēšanas operācijā. Ūdens izdalās kā šķidrs produkts, un gaistošie organiskie atkritumi nonāk tvaika fāzē. Lūk, kāda ir destilācija destilācijas kolonnā.
Kriogēnā destilācija
Kriogēnā destilācija ir vispārīgu destilācijas metožu pielietošana gāzēm, kas atdzesētas līdz šķidram stāvoklim. Sistēma darbojas temperatūrā, kas zemāka par -150 °C. Šim nolūkam tiek izmantoti siltummaiņi un spoles. Visu struktūru sauc par kriogēno bloku. Sašķidrinātās gāzes nonāk iekārtā un tiek destilētas ļoti zemā temperatūrā. Kriogēnās destilācijas kolonnas var iepakot un iepakot. Priekšroka tiek dota partijas dizainam, jo beztaras materiāls ir mazāk efektīvs zemā temperatūrā.
Viens no galvenajiem kriogēnās destilācijas pielietojumiem ir gaisa sadalīšana tā sastāvā esošajās gāzēs.
Estrakcijas destilācija
Ekstraktīvajā destilācijā izmanto papildu savienojumus, kas darbojas kā šķīdinātājs, lai mainītu vienas maisījuma sastāvdaļas relatīvo nepastāvību. Ekstrakcijas kolonnā atdalāmajām vielām pievieno šķīdinātāju. Atgūstamās padeves plūsmas sastāvdaļa savienojas ar šķīdinātāju un iziet šķidrā fāzē. Otra sastāvdaļa iztvaiko un nonāk destilātā. Otrais skrējiens uzcita kolonna ļauj vielu atdalīt no šķīdinātāja, kas pēc tam atgriežas iepriekšējā stadijā, lai atkārtotu ciklu.
Ekstraktīvo destilāciju izmanto, lai atdalītu savienojumus ar tuvu viršanas temperatūru un azeotropus maisījumus. Ekstrahējošā destilācija rūpniecībā nav tik plaši izplatīta kā parastā destilācija konstrukcijas sarežģītības dēļ. Piemērs ir celulozes iegūšanas process. Organiskais šķīdinātājs atdala celulozi no lignīna, un otrā destilācija rada tīru vielu.
