Какво е дестилация? Това е процес на превръщане на течност в пара, която след това кондензира обратно в течна форма. Най-простият пример е дестилацията на вода, при която парата от чайник се отлага като капчици върху студена повърхност.
Приложение и история
Дестилацията се използва за отделяне на течности от нелетливи твърди вещества, както при дестилацията на спиртни напитки от ферментирали материали, или за отделяне на две или повече течности с различни точки на кипене, като при производството на бензин, керосин и смазочни материали от петрол. Други промишлени приложения включват обработка на химикали като формалдехид и фенол и обезсоляване на морска вода.
Процесът на дестилация вероятно е бил използван от древни експериментатори. Аристотел (384-322 г. пр. н. е.) споменава, че чиста вода може да се получи чрез изпаряване на морска вода. Плиний Стари (23-79 г. сл. Хр.) описва примитивен метод на кондензация, при който маслото, получено чрез нагряване на колофон, се събира върху вълна, поставена върхуалембичен.
Проста дестилация
Повечето от методите на дестилация, използвани в промишлеността и лабораторните изследвания, са вариации на простата дестилация. Тази основна технология използва куб или реторта, в която течността се нагрява, кондензатор за охлаждане на парата и съд за събиране на дестилата. При нагряване на смес от вещества първо се дестилира най-летливото от тях или това с най-ниска точка на кипене, а след това останалите се дестилират или изобщо не се дестилират. Такъв прост апарат е отличен за пречистване на течности, съдържащи нелетливи компоненти, и е доста ефективен за разделяне на вещества с различни точки на кипене. За лабораторна употреба частите на апарата обикновено са изработени от стъкло и свързани със запушалки, гумени маркучи или стъклени тръби. В индустриален мащаб оборудването е изработено от метал или керамика.
Фракционна дестилация
Метод, наречен фракционна или диференциална дестилация, е разработен за рафиниране на нефт, тъй като простата дестилация до отделни течности, чиито точки на кипене се различават малко, е неефективна. В този случай парите многократно кондензират и се изпаряват в изолиран вертикален контейнер. Специална роля тук играят сухопарните машини, фракционните колони и кондензаторите, които позволяват връщането на част от кондензата обратно в успокоителя. Целта е да се постигне близък контакт между издигащите се различни фази на сместа, така чесамо най-летливите фракции под формата на пара достигат до приемника, а останалите се връщат под формата на течност към куба. Пречистването на летливите компоненти в резултат на контакт между такива противотокове се нарича ректификация или обогатяване.
Множествена дестилация
Този метод се нарича още многоетапно мигновено изпаряване. Това е друг вид проста дестилация. Използва се например за дестилация на вода в големи търговски инсталации за обезсоляване. Преобразуването на течност в пара не изисква нагряване. Той просто тече от контейнер с високо атмосферно налягане към контейнер с по-ниско налягане. Това води до бързо изпаряване, придружено от кондензация на пара в течност.
Вакуумна дестилация
Един вариант на процеса на понижено налягане използва вакуумна помпа за създаване на вакуум. Този метод, наречен "вакуумна дестилация", понякога се използва с вещества, които обикновено кипят при високи температури или се разлагат при варене при нормални условия.
Вакуумните помпи създават налягане в колоната, което е много по-ниско от атмосферното налягане. В допълнение към тях се използват вакуумни регулатори. Внимателният контрол на параметрите е много важен, тъй като ефективността на разделяне зависи от разликата в относителната летливост при дадена температура и налягане. Промяната на тази настройка може да повлияе неблагоприятно на хода на процеса.
Вакуумната дестилация е добре позната в рафинериите. Конвенционалните методи на дестилация са разделенилеки въглеводороди и примеси от тежки въглеводороди. Остатъчният продукт се подлага на вакуумна дестилация. Това прави възможно отделянето на висококипящи въглеводороди като масла и восъци при ниски температури. Методът се използва също при отделянето на чувствителни към топлина органични химикали и при извличането на органични разтворители.
Какво е парна дестилация?
Парова дестилация е алтернативен метод на дестилация при температури под нормалната точка на кипене. Използва се, когато дестилираното вещество е несмесимо и не реагира химически с вода. Примери за такива материали са мастните киселини и соевото масло. По време на дестилацията в течността се въвежда пара, която я загрява и причинява изпаряване.
Дестилация в пълна колона
Въпреки че пълните колони се използват най-често за абсорбция, те се използват и за дестилация на смеси пара-течност. Този дизайн осигурява голяма контактна повърхност, което повишава ефективността на системата. Друго име за такава структура е дестилационна колона.
Принципът на действие е както следва. Суровата смес от компоненти с различна летливост се подава към центъра на колоната. Течността тече надолу през дюзата, а парата се движи нагоре. Сместа на дъното на резервоара влиза в нагревателя и излиза с пара. Газът се втурва нагоре през опаковката, като поема най-летливите компоненти на течността, излиза от колоната и влиза в кондензатора. След втечняване продуктът влизав колектора за храчки, където се разделя на дестилат и фракция, използвана за напояване.
Различните концентрации причиняват преминаване на по-малко летливи компоненти от парната фаза към течната фаза. Дюзата увеличава продължителността и площта на контакт, което повишава ефективността на разделяне. На изхода парата съдържа максимално количество летливи компоненти, докато концентрацията им в течността е минимална.
Дюзите се пълнят в насипно състояние и опаковки. Формата на пълнителя може да бъде произволна или геометрично структурирана. Изработен е от инертен материал като глина, порцелан, пластмаса, керамика, метал или графит. Пълнежът обикновено има размери от 3 до 75 mm и има голяма повърхност в контакт със сместа пара-течност. Насипното пълнене има предимството на висока производителност, устойчивост на високо налягане и ниска цена.
Металните пълнители имат висока якост и добра омокряемост. Керамиката има още по-висока омокряемост, но не е толкова силна. Пластмасовите са достатъчно здрави, но не се намокрят добре при ниски скорости на потока. Тъй като керамичните пълнители са устойчиви на корозия, те се използват при повишени температури, които пластмасата не може да издържи.
Пакетните дюзи са структурирана мрежа, чиито размери съответстват на диаметъра на колоната. Осигурява дълги канали за течни и парни потоци. Те са по-скъпи, но ви позволяват да намалите спада на налягането. Пакетните дюзи се предпочитат при ниски скорости на потока и при условия на ниско налягане. Обикновено се изработват от дърво, ламарина или тъкана мрежа.
Използва се в извличането на разтворители и нефтохимическата промишленост.
Дестилация в дестилационна колона
Най-широко използваният тип колона. Броят на плочите зависи от желаната чистота и сложността на разделянето. Влияе на височината на дестилационната колона.
Принципът на неговото действие е както следва. Сместа се подава в средата на височината на колоната. Разликата в концентрацията кара по-малко летливите компоненти да преминат от парния поток към течния поток. Газът, напускащ кондензатора, съдържа най-много летливи вещества, докато по-малко летливите вещества излизат през нагревателя в течния поток.
Геометрията на плочите в колоната влияе върху степента и вида на контакт между различните фазови състояния на сместа. Конструктивно те са сито, клапан, капачка, решетка, каскада и т.н. Ситовите тави, които имат отвори за пара, се използват за осигуряване на висока производителност при ниска цена. По-евтините клапанни тави, в които отворите са снабдени с отварящи и затварящи клапани, са склонни към запушване поради натрупване на материал. Капачките са оборудвани с капачки, които позволяват на парата да преминава през течността през малки дупки. Това е най-модерната и скъпа технология, ефективна при ниски дебити. Течността тече от една тава в друга надолу по вертикалните дренажни тръби.
Таблица колоните често се използват за възстановяване на разтворители от технологични отпадъци. Използват се и за възстановяване на метанол при сушене. Водата излиза като течен продукт, а летливите органични отпадъци преминават в парната фаза. Ето какво представлява дестилацията в дестилационна колона.
Криогенна дестилация
Криогенната дестилация е прилагането на общи методи за дестилация към газове, охладени до течно състояние. Системата работи при температури под -150 °C. За това се използват топлообменници и намотки. Цялата структура се нарича криогенен блок. Втечнените газове влизат в устройството и се дестилират при много ниски температури. Криогенните дестилационни колони могат да бъдат опаковани и пакетирани. Пакетният дизайн е предпочитан, тъй като насипният материал е по-малко ефективен при ниски температури.
Едно от основните приложения на криогенната дестилация е разделянето на въздуха в съставните му газове.
Добивна дестилация
Екстракционната дестилация използва допълнителни съединения, които действат като разтворител за промяна на относителната летливост на един от компонентите на сместа. В екстракционната колона към веществата, които трябва да се отделят, се добавя разтворител. Компонентът на захранващия поток, който трябва да бъде възстановен, се комбинира с разтворителя и излиза в течната фаза. Другият компонент се изпарява и отива в дестилата. Второ бягане додруга колона позволява на веществото да бъде отделено от разтворителя, който след това се връща към предишния етап, за да повтори цикъла.
Екстрактивната дестилация се използва за разделяне на съединения с близки точки на кипене и азеотропни смеси. Екстракционната дестилация не е толкова широко разпространена в индустрията, колкото конвенционалната дестилация поради сложността на дизайна. Пример за това е процесът на получаване на целулоза. Органичният разтворител отделя целулозата от лигнина и при втора дестилация се получава чисто вещество.
