Kaj je destilacija? To je proces pretvorbe tekočine v paro, ki se nato kondenzira nazaj v tekočo obliko. Najpreprostejši primer je destilacija vode, kjer se para iz kotlička odlaga kot kapljice na hladno površino.
Prijava in zgodovina
Destilacija se uporablja za ločevanje tekočin od nehlapnih trdnih snovi, kot pri destilaciji žganja iz fermentiranih materialov ali za ločevanje dveh ali več tekočin z različnim vreliščem, kot pri proizvodnji bencina, kerozina in maziv iz nafte. Druge industrijske uporabe vključujejo predelavo kemikalij, kot so formaldehid in fenol, ter razsoljevanje morske vode.
Proces destilacije so verjetno uporabljali starodavni eksperimentatorji. Aristotel (384-322 pr.n.št.) je omenil, da je čisto vodo mogoče dobiti z izhlapevanjem morske vode. Plinij Starejši (23-79 n.š.) je opisal primitivno metodo kondenzacije, pri kateri se olje, pridobljeno s segrevanjem kolofonije, zbira na volni, ki se položi na vrhalembično.
Enostavna destilacija
Večina metod destilacije, ki se uporabljajo v industriji in laboratorijskih raziskavah, so različice preproste destilacije. Ta osnovna tehnologija uporablja kocko ali retorto, v kateri se segreva tekočino, kondenzator za hlajenje hlapov in posodo za zbiranje destilata. Ko mešanico snovi segrejemo, se najprej destilira najbolj hlapna izmed njih oziroma tista z najnižjim vreliščem, nato pa se druge destilirajo ali pa se sploh ne destilirajo. Tako preprosta naprava je odlična za čiščenje tekočin, ki vsebujejo nehlapne sestavine, in je precej učinkovita za ločevanje snovi z različnimi vreliščemi. Za laboratorijsko uporabo so deli aparata običajno izdelani iz stekla in povezani z zamaški, gumijastimi cevmi ali steklenimi cevmi. V industrijskem obsegu je oprema izdelana iz kovine ali keramike.
Frakcijska destilacija
Za rafiniranje nafte je bila razvita metoda, imenovana frakcijska ali diferencialna destilacija, ker je preprosta destilacija do ločenih tekočin, katerih vrelišče se malo razlikuje, neučinkovita. V tem primeru se hlapi večkrat kondenzirajo in izhlapijo v izolirani navpični posodi. Posebno vlogo pri tem igrajo sušilne pare, frakcijske kolone in kondenzatorji, ki omogočajo vračanje dela kondenzata nazaj v lonec. Cilj je doseči tesen stik med vzhajajočimi različnimi fazami mešanice, tako dale najbolj hlapne frakcije v obliki hlapov so prišle do sprejemnika, ostale pa so se v obliki tekočine vrnile proti kocki. Čiščenje hlapnih komponent kot posledica stika med takšnimi protitokovi se imenuje rektifikacija ali obogatitev.
več destilacija
Ta metoda se imenuje tudi večstopenjsko bliskovno izhlapevanje. To je še ena vrsta preproste destilacije. Uporablja se na primer za destilacijo vode v velikih komercialnih obratih za razsoljevanje. Pretvorba tekočine v paro ne zahteva segrevanja. Preprosto teče iz posode z visokim atmosferskim tlakom v posodo z nižjim tlakom. To vodi do hitrega izhlapevanja, ki ga spremlja kondenzacija hlapov v tekočino.
Vakumska destilacija
Ena različica postopka z zmanjšanim tlakom uporablja vakuumsko črpalko za ustvarjanje vakuuma. Ta metoda, imenovana "vakuumska destilacija", se včasih uporablja za snovi, ki običajno vrejo pri visokih temperaturah ali se razgradijo pri vrenju v normalnih pogojih.
Vakumske črpalke ustvarjajo tlak v koloni, ki je veliko nižji od atmosferskega tlaka. Poleg njih se uporabljajo vakuumski regulatorji. Natančen nadzor parametrov je zelo pomemben, saj je učinkovitost ločevanja odvisna od razlike v relativni hlapnosti pri določeni temperaturi in tlaku. Spreminjanje te nastavitve lahko negativno vpliva na potek postopka.
Vakumska destilacija je dobro znana v rafinerijah. Konvencionalne metode destilacije ločenelahki ogljikovodiki in nečistoče iz težkih ogljikovodikov. Preostali produkt se podvrže vakuumski destilaciji. To omogoča ločevanje ogljikovodikov z visokim vreliščem, kot so olja in voski, pri nizkih temperaturah. Metoda se uporablja tudi pri ločevanju toplotno občutljivih organskih kemikalij in pri pridobivanju organskih topil.
Kaj je parna destilacija?
Parna destilacija je alternativna metoda destilacije pri temperaturah pod normalnim vreliščem. Uporablja se, kadar se destilirana snov ne meša in ne reagira kemično z vodo. Primeri takšnih snovi so maščobne kisline in sojino olje. Med destilacijo se v tekočino vnese para, ki jo segreje in povzroči izhlapevanje.
Destilacija v napolnjenem stolpcu
Čeprav se polnjene kolone najpogosteje uporabljajo za absorpcijo, se uporabljajo tudi za destilacijo mešanic hlapov in tekočin. Ta zasnova zagotavlja veliko kontaktno površino, kar poveča učinkovitost sistema. Drugo ime za takšno strukturo je destilacijski stolpec.
Načelo delovanja je naslednje. Surova mešanica komponent z različno hlapnostjo se dovaja v središče kolone. Tekočina teče navzdol skozi šobo, para pa se premika navzgor. Mešanica na dnu rezervoarja vstopi v predgrelnik in izstopi s paro. Plin se dvigne skozi embalažo, pobere najbolj hlapne sestavine tekočine, izstopi iz kolone in vstopi v kondenzator. Po utekočinjenju izdelek vstopiv zbiralnik flegma, kjer se loči v destilat in frakcijo, ki se uporablja za namakanje.
Različne koncentracije povzročajo prehod manj hlapnih komponent iz parne faze v tekočo fazo. Šoba poveča trajanje in površino stika, kar poveča učinkovitost ločevanja. Na izstopu hlapi vsebujejo največjo količino hlapnih sestavin, medtem ko je njihova koncentracija v tekočini minimalna.
Šobe se polnijo v razsutem stanju in pakirajo. Oblika polnila je lahko naključna ali geometrijsko strukturirana. Narejen je iz inertnega materiala, kot so glina, porcelan, plastika, keramika, kovina ali grafit. Polnilo ima običajno dimenzije od 3 do 75 mm in ima veliko površino v stiku z mešanico hlapov in tekočine. Prednost polnjenja v razsutem stanju je visoka prepustnost, visoka tlačna odpornost in nizki stroški.
Kovinska polnila imajo visoko trdnost in dobro omočljivost. Keramika ima še večjo omočljivost, vendar ni tako močna. Plastični so dovolj močni, vendar se pri nizkem pretoku ne zmočijo dobro. Ker so keramična polnila odporna proti koroziji, se uporabljajo pri povišanih temperaturah, ki jih plastika ne prenese.
Paketne šobe so strukturirana mreža, katere dimenzije ustrezajo premeru kolone. Zagotavlja dolge kanale za pretok tekočine in hlapov. So dražji, vendar vam omogočajo zmanjšanje padcev tlaka. Paketne šobe so prednostne pri nizkih hitrostih pretoka in pod nizkim tlakom. Običajno so narejeni iz lesa, pločevine ali tkane mreže.
Uporablja se v predelavi topil in petrokemični industriji.
Destilacija v destilacijskem stolpcu
Najpogosteje uporabljena vrsta stolpca. Število plošč je odvisno od želene čistosti in zahtevnosti ločevanja. Vpliva na višino destilacijske kolone.
Načelo njegovega delovanja je naslednje. Mešanica se dovaja na sredino višine kolone. Razlika v koncentraciji povzroči, da manj hlapne komponente preidejo iz toka pare v tok tekočine. Plin, ki zapušča kondenzator, vsebuje največ hlapnih snovi, medtem ko manj hlapne snovi izstopajo skozi grelnik v tok tekočine.
Geometrija plošč v koloni vpliva na stopnjo in vrsto stika med različnimi faznimi stanji zmesi. Strukturno so sito, ventil, pokrov, rešetka, kaskada, itd. Sitasti pladnji, ki imajo luknje za paro, se uporabljajo za zagotavljanje visoke zmogljivosti po nizki ceni. Cenejši ventilski pladnji, v katerih so odprtine opremljene z ventili za odpiranje in zapiranje, so nagnjeni k zamašitvi zaradi kopičenja materiala. Pokrovčki so opremljeni s pokrovčki, ki omogočajo, da para prehaja skozi tekočino skozi drobne luknje. To je najnaprednejša in najdražja tehnologija, učinkovita pri nizkih pretokih. Tekočina teče iz enega pladnja v drugega po odtočnih navpičnih ceveh.
Stolpci tabele se pogosto uporabljajo za pridobivanje topil iz procesnih odpadkov. Uporabljajo se tudi za pridobivanje metanola pri sušenju. Voda izhaja kot tekoč produkt, hlapni organski odpadki pa gredo v parno fazo. To je tisto, kar je destilacija v destilacijski koloni.
Kriogena destilacija
Kriogena destilacija je uporaba splošnih metod destilacije za pline, ohlajene v tekoče stanje. Sistem deluje pri temperaturah pod -150 °C. Za to se uporabljajo toplotni izmenjevalci in tuljave. Celotna struktura se imenuje kriogeni blok. Utekočinjeni plini vstopijo v enoto in se destilirajo pri zelo nizkih temperaturah. Kriogene destilacijske kolone je mogoče pakirati in pakirati. Zasnova serije je prednostna, saj je razsuti material manj učinkovit pri nizkih temperaturah.
Ena od glavnih aplikacij kriogene destilacije je ločevanje zraka na njegove sestavne pline.
ekstraktivna destilacija
Ekstrakcijska destilacija uporablja dodatne spojine, ki delujejo kot topilo za spremembo relativne hlapnosti ene od sestavin mešanice. V ekstrakcijski koloni dodamo topilo snovem, ki jih je treba ločiti. Komponenta dovodnega toka, ki ga je treba pridobiti, se združi s topilom in izstopi v tekoči fazi. Druga komponenta izhlapi in gre v destilat. Drugi tek nadrugi stolpec omogoča, da se snov loči od topila, ki se nato vrne na prejšnjo stopnjo, da ponovi cikel.
Ekstrakcijska destilacija se uporablja za ločevanje spojin z blizu vrelišča in azeotropnih zmesi. Ekstrakcijska destilacija zaradi kompleksnosti zasnove ni tako razširjena v industriji kot običajna destilacija. Primer je postopek pridobivanja celuloze. Organsko topilo loči celulozo od lignina, pri drugi destilaciji pa nastane čista snov.
