Kas yra distiliavimas? Tai skysčio pavertimo garais procesas, kuris vėliau kondensuojasi į skystą formą. Paprasčiausias pavyzdys yra vandens distiliavimas, kai garai iš virdulio nusėda lašeliais ant š alto paviršiaus.
Programa ir istorija
Distiliavimas naudojamas skysčiams atskirti nuo nelakių kietųjų medžiagų, pavyzdžiui, distiliuojant spiritą iš fermentuotų medžiagų, arba atskirti du ar daugiau skysčių, kurių virimo temperatūra skiriasi, pavyzdžiui, gaminant benziną, žibalą ir tepalus. iš naftos. Kiti pramoniniai pritaikymai apima cheminių medžiagų, tokių kaip formaldehidas ir fenolis, bei jūros vandens gėlinimas, apdorojimą.
Distiliavimo procesą tikriausiai naudojo senovės eksperimentuotojai. Aristotelis (384-322 m. pr. Kr.) minėjo, kad gryną vandenį galima gauti išgarinant jūros vandenį. Plinijus Vyresnysis (23–79 m. po Kr.) aprašė primityvų kondensacijos metodą, kai aliejus, gautas kaitinant kanifoliją, surenkamas ant vilnos, uždėtos antalembic.
Paprastas distiliavimas
Dauguma pramonėje ir laboratoriniuose tyrimuose naudojamų distiliavimo metodų yra paprasto distiliavimo variantai. Šioje pagrindinėje technologijoje naudojamas kubas arba retorta, kurioje kaitinamas skystis, kondensatorius garams aušinti ir indas distiliatui surinkti. Kaitinant medžiagų mišinį, pirmiausia distiliuojama pati lakioji iš jų arba ta, kurios virimo temperatūra yra žemiausia, o paskui distiliuojamos kitos arba visai nedistiliuojamos. Toks paprastas aparatas puikiai tinka skysčiams, turintiems nelakių komponentų, valymui ir gana efektyvus skirtingos virimo temperatūros medžiagoms atskirti. Laboratoriniam naudojimui aparato dalys dažniausiai yra pagamintos iš stiklo ir sujungtos kamščiais, guminėmis žarnomis arba stikliniais vamzdeliais. Pramoniniu mastu įranga gaminama iš metalo arba keramikos.
Frakcinis distiliavimas
Metodas, vadinamas frakciniu arba diferenciniu distiliavimu, buvo sukurtas naftos perdirbimui, nes paprastas distiliavimas, norint atskirti skysčius, kurių virimo temperatūra mažai skiriasi, yra neefektyvus. Tokiu atveju garai pakartotinai kondensuojasi ir išgaruoja izoliuotoje vertikalioje talpykloje. Ypatingą vaidmenį čia atlieka sausieji garlaiviai, frakcinės kolonos ir kondensatoriai, kurie leidžia grąžinti dalį kondensato atgal į statinį. Tikslas yra pasiekti glaudų kontaktą tarp kylančių skirtingų mišinio fazių, kadimtuvą pasiekė tik pačios lakiausios frakcijos garų pavidalu, o likusios skysčio pavidalu grįžo link kubo. Lakiųjų komponentų išvalymas dėl tokių priešpriešinių srovių kontakto vadinamas ištaisymu arba sodrinimu.
Daugkartinis distiliavimas
Šis metodas dar vadinamas daugiapakopiu blykstės garinimu. Tai dar viena paprasto distiliavimo rūšis. Jis naudojamas, pavyzdžiui, vandeniui distiliuoti didelėse komercinėse gėlinimo gamyklose. Skystį paverčiant garais nereikia šildyti. Jis tiesiog teka iš indo su aukštu atmosferos slėgiu į indą su mažesniu slėgiu. Dėl to greitai išgaruoja ir garai kondensuojasi į skystį.
Vakuuminis distiliavimas
Viename sumažinto slėgio proceso variante vakuumui sukurti naudojamas vakuuminis siurblys. Šis metodas, vadinamas vakuuminiu distiliavimu, kartais naudojamas su medžiagomis, kurios paprastai verda aukštoje temperatūroje arba suyra verdamos įprastomis sąlygomis.
Vakuuminiai siurbliai sukuria slėgį kolonėlėje, kuris yra daug mažesnis nei atmosferos slėgis. Be jų, naudojami vakuumo reguliatoriai. Kruopšti parametrų kontrolė yra labai svarbi, nes atskyrimo efektyvumas priklauso nuo santykinio nepastovumo skirtumo esant tam tikrai temperatūrai ir slėgiui. Šio nustatymo pakeitimas gali neigiamai paveikti proceso eigą.
Vakuuminis distiliavimas yra gerai žinomas naftos perdirbimo gamyklose. Įprasti distiliavimo metodai skiriasilengvieji angliavandeniliai ir sunkiųjų angliavandenilių priemaišos. Likęs produktas yra distiliuojamas vakuume. Tai leidžia atskirti aukštos temperatūros angliavandenilius, tokius kaip aliejus ir vaškas, esant žemai temperatūrai. Šis metodas taip pat naudojamas atskiriant karščiui jautrias organines chemines medžiagas ir išgaunant organinius tirpiklius.
Kas yra distiliavimas garais?
Distiliavimas garais yra alternatyvus distiliavimo metodas, kai temperatūra žemesnė už įprastą virimo temperatūrą. Jis naudojamas, kai distiliuota medžiaga nesimaišo ir chemiškai nereaguoja su vandeniu. Tokių medžiagų pavyzdžiai yra riebalų rūgštys ir sojų aliejus. Distiliavimo metu į skystį patenka garai, kurie jį įkaitina ir išgaruoja.
Distiliavimas užpildytoje kolonėlėje
Nors sugerti dažniausiai naudojamos supakuotos kolonėlės, jos taip pat naudojamos garų ir skysčių mišiniams distiliuoti. Ši konstrukcija užtikrina didelį kontaktinio paviršiaus plotą, o tai padidina sistemos efektyvumą. Kitas tokios struktūros pavadinimas yra distiliavimo kolonėlė.
Veikimo principas yra toks. Neapdorotas skirtingo lakumo komponentų mišinys tiekiamas į kolonėlės centrą. Skystis teka žemyn per purkštuką, o garai juda aukštyn. Mišinys bako apačioje patenka į pašildytuvą ir išeina su garais. Dujos veržiasi aukštyn per tarą, pasiimdamos lakiausius skysčio komponentus, išeina iš kolonėlės ir patenka į kondensatorių. Po suskystinimo produktas patenkaį skreplių rinktuvą, kur jis yra atskiriamas į distiliatą ir frakciją, naudojamą drėkinimui.
Dėl skirtingų koncentracijų mažiau lakūs komponentai pereina iš garų fazės į skystąją. Antgalis padidina sąlyčio trukmę ir plotą, o tai padidina atskyrimo efektyvumą. Išleidimo angoje garuose yra didžiausias lakiųjų komponentų kiekis, o jų koncentracija skystyje yra minimali.
Purkštukai pildomi urmu ir pakuotėmis. Užpildo forma gali būti atsitiktinė arba geometrinės struktūros. Jis pagamintas iš inertinės medžiagos, tokios kaip molis, porcelianas, plastikas, keramika, metalas arba grafitas. Užpildas paprastai yra nuo 3 iki 75 mm matmenų ir turi didelį paviršiaus plotą, kuris liečiasi su garų ir skysčio mišiniu. Masinio užpildymo pranašumas yra didelis pralaidumas, didelis atsparumas slėgiui ir maža kaina.
Metaliniai užpildai pasižymi dideliu stiprumu ir geru drėkinamumu. Keramika turi dar didesnį drėgmę, tačiau ji nėra tokia stipri. Plastikinės yra pakankamai tvirtos, tačiau prastai sušlapina esant mažam srautui. Kadangi keraminiai užpildai yra atsparūs korozijai, jie naudojami aukštesnėje temperatūroje, kurios plastikas negali atlaikyti.
Paketiniai purkštukai yra struktūrinis tinklelis, kurio matmenys atitinka kolonėlės skersmenį. Suteikia ilgus kanalus skysčių ir garų srautams. Jie yra brangesni, tačiau leidžia sumažinti slėgio kritimą. Paketiniai purkštukai yra pageidaujami esant mažam srautui ir žemo slėgio sąlygomis. Paprastai jie gaminami iš medžio, lakštinio metalo arba austo tinklelio.
Naudojamas tirpiklių regeneravimo ir naftos chemijos pramonėje.
Distiliavimas distiliavimo kolonoje
Plačiausiai naudojamas stulpelių tipas. Plokštelių skaičius priklauso nuo norimo grynumo ir atskyrimo sudėtingumo. Tai turi įtakos distiliavimo kolonėlės aukščiui.
Jo veikimo principas yra toks. Mišinys paduodamas kolonos aukščio viduryje. Dėl koncentracijos skirtumo mažiau lakūs komponentai pereina iš garų srauto į skysčio srovę. Iš kondensatoriaus išeinančiose dujose yra daugiausia lakiųjų medžiagų, o mažiau lakios medžiagos per šildytuvą patenka į skysčio srautą.
Stulpelyje esančių plokščių geometrija turi įtakos kontakto tarp skirtingų mišinio fazių būsenų laipsniui ir tipui. Struktūriškai jie yra sietas, vožtuvas, dangtelis, grotelės, kaskados ir tt Sietų padėklai, kuriuose yra skylių garams, yra naudojami siekiant užtikrinti aukštą našumą mažomis sąnaudomis. Pigesni vožtuvų padėklai, kurių angos yra su atidarymo ir uždarymo vožtuvais, gali užsikimšti dėl medžiagų kaupimosi. Dangteliai turi dangtelius, kurie leidžia garams prasiskverbti per skystį per mažas skylutes. Tai pažangiausia ir brangiausia technologija, efektyvi esant mažam srautui. Skystis teka iš vieno padėklo į kitą vertikaliais kanalizacijos vamzdžiais.
Lentelių stulpeliai dažnai naudojami tirpikliams iš proceso atliekų regeneruoti. Jie taip pat naudojami metanoliui išgauti džiovinimo metu. Vanduo išeina kaip skystas produktas, o lakiosios organinės atliekos patenka į garų fazę. Štai kas yra distiliavimas distiliavimo kolonoje.
Kriogeninis distiliavimas
Kriogeninis distiliavimas – tai bendrųjų distiliavimo metodų taikymas dujoms, atšaldytoms iki skystos būsenos. Sistema veikia žemesnėje nei -150 °C temperatūroje. Tam naudojami šilumokaičiai ir gyvatukai. Visa struktūra vadinama kriogeniniu bloku. Suskystintos dujos patenka į įrenginį ir yra distiliuojamos labai žemoje temperatūroje. Kriogeninės distiliavimo kolonėlės gali būti supakuotos ir supakuotos. Pirmenybė teikiama serijiniam dizainui, nes birių medžiagų veiksmingumas žemoje temperatūroje yra mažesnis.
Vienas iš pagrindinių kriogeninio distiliavimo pritaikymų yra oro atskyrimas į jį sudarančias dujas.
Ekstraktinis distiliavimas
Ekstraktinio distiliavimo metu naudojami papildomi junginiai, kurie veikia kaip tirpiklis, pakeičiantis vieno iš mišinio komponentų santykinį lakumą. Ekstraktinėje kolonėlėje į atskiriamas medžiagas įpilama tirpiklio. Regeneruotinas tiekimo srauto komponentas susijungia su tirpikliu ir išeina į skystąją fazę. Kitas komponentas išgaruoja ir patenka į distiliatą. Antras bėgimas įkitame stulpelyje galima atskirti medžiagą nuo tirpiklio, kuris grįžta į ankstesnį etapą ir kartoja ciklą.
Ekstraktinis distiliavimas naudojamas junginiams, kurių virimo temperatūra artima, ir azeotropiniams mišiniams atskirti. Ekstraktinis distiliavimas pramonėje nėra toks plačiai paplitęs kaip įprastas distiliavimas dėl sudėtingos konstrukcijos. Pavyzdys yra celiuliozės gavimo procesas. Organinis tirpiklis atskiria celiuliozę nuo lignino, o antrą kartą distiliuojant gaunama gryna medžiaga.
