Šta je destilacija? Ovo je proces pretvaranja tečnosti u paru, koja se zatim kondenzuje nazad u tečni oblik. Najjednostavniji primjer je destilacija vode, gdje se para iz kotlića taloži kao kapljice na hladnu površinu.
Primjena i historija
Destilacija se koristi za odvajanje tečnosti od neisparljivih čvrstih materija, kao kod destilacije alkoholnih pića od fermentisanih materijala, ili za odvajanje dve ili više tečnosti sa različitim tačkama ključanja, kao u proizvodnji benzina, kerozina i maziva iz nafte. Ostale industrijske primjene uključuju preradu hemikalija kao što su formaldehid i fenol i desalinizaciju morske vode.
Proces destilacije su vjerovatno koristili drevni eksperimentatori. Aristotel (384-322 pne) spomenuo je da se čista voda može dobiti isparavanjem morske vode. Plinije Stariji (23-79 nove ere) opisao je primitivnu metodu kondenzacije u kojoj se ulje dobiveno zagrijavanjem kolofonija skuplja na vunu postavljenu na vrhalembic.
Jednostavna destilacija
Većina metoda destilacije koje se koriste u industriji i laboratorijskim istraživanjima su varijacije jednostavne destilacije. Ova osnovna tehnologija koristi kocku ili retortu u kojoj se tečnost zagrijava, kondenzator za hlađenje pare i posudu za prikupljanje destilata. Kada se mješavina tvari zagrije, najisparljivija od njih, odnosno ona s najnižom tačkom ključanja, prvo se destilira, a zatim se ostale destiliraju, ili se uopće ne destiliraju. Takav jednostavan aparat odličan je za pročišćavanje tekućina koje sadrže neisparljive komponente i prilično je efikasan za odvajanje tvari s različitim tačkama ključanja. Za laboratorijsku upotrebu, dijelovi aparata su obično izrađeni od stakla i povezani čepovima, gumenim crijevima ili staklenim cijevima. U industrijskim razmerama, oprema je napravljena od metala ili keramike.
Frakcijska destilacija
Metoda nazvana frakciona, ili diferencijalna, destilacija razvijena je za rafinaciju nafte jer je jednostavna destilacija do odvojenih tečnosti čije se tačke ključanja malo razlikuju nije efikasna. U ovom slučaju, pare se više puta kondenzuju i isparavaju u izolovanoj vertikalnoj posudi. Posebnu ulogu ovdje imaju suhe pare, frakcijske kolone i kondenzatori, koji omogućavaju vraćanje dijela kondenzata natrag u lonac. Cilj je postići bliski kontakt između dižućih različitih faza smjese tako da sesamo su najisparljivije frakcije u obliku pare stigle do prijemnika, a ostatak se vratio u obliku tečnosti prema kocki. Pročišćavanje isparljivih komponenti kao rezultat kontakta između takvih protustruja naziva se rektifikacija ili obogaćivanje.
Višestruka destilacija
Ova metoda se takođe naziva višestepeno isparavanje. Ovo je još jedna vrsta jednostavne destilacije. Koristi se, na primjer, za destilaciju vode u velikim komercijalnim postrojenjima za desalinizaciju. Pretvaranje tečnosti u paru ne zahteva zagrevanje. Jednostavno teče iz posude sa visokim atmosferskim pritiskom u posudu sa nižim pritiskom. To dovodi do brzog isparavanja, praćenog kondenzacijom pare u tečnost.
Vakumska destilacija
Jedna varijacija procesa smanjenog pritiska koristi vakuum pumpu za stvaranje vakuuma. Ova metoda, nazvana "vakum destilacija", ponekad se koristi sa supstancama koje obično ključaju na visokim temperaturama ili se raspadaju kada se prokuvaju u normalnim uslovima.
Vakum pumpe stvaraju pritisak u koloni, koji je mnogo niži od atmosferskog pritiska. Osim njih, koriste se i vakuumski regulatori. Pažljiva kontrola parametara je veoma važna jer efikasnost razdvajanja zavisi od razlike u relativnoj volatilnosti na datoj temperaturi i pritisku. Promjena ove postavke može negativno utjecati na napredak procesa.
Vakumska destilacija je dobro poznata u rafinerijama. Konvencionalne metode destilacije odvojenelaki ugljovodonici i nečistoće iz teških ugljovodonika. Preostali proizvod se podvrgava vakuum destilaciji. Ovo omogućava odvajanje ugljovodonika visokog ključanja kao što su ulja i voskovi na niskim temperaturama. Metoda se također koristi u odvajanju organskih hemikalija osjetljivih na toplinu i u obnavljanju organskih rastvarača.
Šta je destilacija parom?
Destilacija parom je alternativni metod destilacije na temperaturama ispod normalne tačke ključanja. Koristi se kada se destilovana supstanca ne meša i ne reaguje hemijski sa vodom. Primjeri takvih materijala su masne kiseline i sojino ulje. Tokom destilacije, para se uvodi u tečnost, koja je zagreva i izaziva isparavanje.
Destilacija u nabijenoj koloni
Iako se nabijene kolone najčešće koriste za apsorpciju, koriste se i za destilaciju mješavina para-tečnost. Ovaj dizajn obezbeđuje veliku površinu kontakta, što povećava efikasnost sistema. Drugi naziv za takvu strukturu je kolona za destilaciju.
Princip rada je sljedeći. Sirova mješavina komponenti različite isparljivosti se dovodi u centar kolone. Tečnost teče dole kroz mlaznicu, a para se kreće gore. Smjesa na dnu spremnika ulazi u predgrijač i izlazi s parom. Gas juri kroz pakovanje, podižući najisparljivije komponente tečnosti, izlazi iz kolone i ulazi u kondenzator. Nakon ukapljivanja, proizvod ulaziu kolektor flegma, gde se odvaja na destilat i frakciju koja se koristi za navodnjavanje.
Različite koncentracije uzrokuju prelazak manje isparljivih komponenti iz parne faze u tečnu fazu. Mlaznica povećava trajanje i površinu kontakta, što povećava efikasnost razdvajanja. Na izlazu para sadrži maksimalnu količinu isparljivih komponenti, dok je njihova koncentracija u tečnosti minimalna.
Mlaznice se pune u rinfuzi i pakovanjima. Oblik punila može biti nasumičan ili geometrijski strukturiran. Napravljen je od inertnog materijala kao što je glina, porcelan, plastika, keramika, metal ili grafit. Punilo obično ima dimenzije od 3 do 75 mm i ima veliku površinu u kontaktu sa mješavinom para i tekućine. Punjenje u rasutom stanju ima prednost velike propusnosti, otpornosti na visok pritisak i niske cijene.
Metalna punila imaju visoku čvrstoću i dobru kvašenje. Keramika ima još veću sposobnost vlaženja, ali nije tako jaka. Plastični su dovoljno jaki, ali se ne vlažu dobro pri malim brzinama protoka. Budući da su keramička punila otporna na koroziju, koriste se na povišenim temperaturama koje plastika ne može izdržati.
Paketne mlaznice su strukturirana mreža, čije dimenzije odgovaraju prečniku stuba. Obezbeđuje dugačke kanale za protok tečnosti i pare. Oni su skuplji, ali vam omogućavaju da smanjite pad pritiska. Paketne mlaznice se preferiraju pri niskim brzinama protoka i pod uslovima niskog pritiska. Obično se izrađuju od drveta, lima ili pletene mreže.
Koristi se u obnovi rastvarača i petrohemijskoj industriji.
Destilacija u koloni za destilaciju
Najčešća vrsta kolone. Broj ploča zavisi od željene čistoće i složenosti odvajanja. Utiče na visinu kolone za destilaciju.
Princip njegovog rada je sljedeći. Smjesa se dovodi na sredinu visine stuba. Razlika u koncentraciji uzrokuje da manje hlapljive komponente prelaze iz struje pare u struju tekućine. Plin koji izlazi iz kondenzatora sadrži najviše isparljivih tvari, dok manje isparljive tvari izlaze kroz grijač u tok tekućine.
Geometrija ploča u koloni utiče na stepen i vrstu kontakta između različitih faznih stanja smeše. Strukturno, to su sito, ventil, kapa, rešetka, kaskada, itd. Sito ladice, koje imaju rupe za paru, koriste se za pružanje visokih performansi po niskoj cijeni. Jeftinije posude ventila, u kojima su otvori opremljeni ventilima za otvaranje i zatvaranje, sklone su začepljenju zbog nakupljanja materijala. Poklopci su opremljeni poklopcima koji dozvoljavaju pari da prođe kroz tečnost kroz sitne rupice. Ovo je najnaprednija i najskuplja tehnologija, efikasna pri niskim brzinama protoka. Tečnost teče iz jedne ladice u drugu niz odvodne vertikalne cijevi.
Table kolone se često koriste za obnavljanje rastvarača iz procesa otpada. Koriste se i za obnavljanje metanola u operaciji sušenja. Voda izlazi kao tečni proizvod, a hlapljivi organski otpad prelazi u parnu fazu. To je ono što je destilacija u koloni za destilaciju.
Kriogena destilacija
Kriogena destilacija je primjena općih metoda destilacije na plinove ohlađene u tečno stanje. Sistem radi na temperaturama ispod -150 °C. Za to se koriste izmjenjivači topline i zavojnice. Cijela struktura se naziva kriogeni blok. Tečni plinovi ulaze u jedinicu i destiliraju se na vrlo niskim temperaturama. Kolone za kriogenu destilaciju mogu se pakovati i pakovati. Batch dizajn je poželjniji jer je rasuti materijal manje efikasan na niskim temperaturama.
Jedna od glavnih primjena kriogene destilacije je odvajanje zraka na njegove sastavne plinove.
Ekstraktivna destilacija
Ekstraktivna destilacija koristi dodatne spojeve koji djeluju kao rastvarač za promjenu relativne isparljivosti jedne od komponenti smjese. U ekstrakcijskoj koloni se dodaje rastvarač supstancama koje treba odvojiti. Komponenta napojne struje koju treba povratiti se kombinuje sa rastvaračem i izlazi u tečnu fazu. Druga komponenta isparava i odlazi u destilat. Drugo trčanje dodruga kolona omogućava da se supstanca odvoji od rastvarača, koji se zatim vraća u prethodnu fazu da ponovi ciklus.
Ekstraktivna destilacija se koristi za odvajanje jedinjenja sa bliskim tačkama ključanja i azeotropnih smeša. Ekstrakciona destilacija nije toliko rasprostranjena u industriji kao konvencionalna destilacija zbog složenosti dizajna. Primjer je proces dobivanja celuloze. Organski rastvarač odvaja celulozu od lignina, a druga destilacija proizvodi čistu supstancu.
