Što je destilacija? To je proces pretvaranja tekućine u paru, koja se zatim kondenzira natrag u tekući oblik. Najjednostavniji primjer je destilacija vode, gdje se para iz kotlića taloži kao kapljice na hladnu površinu.
Primjena i povijest
Destilacija se koristi za odvajanje tekućina od nehlapljivih krutih tvari, kao kod destilacije alkoholnih pića iz fermentiranih materijala, ili za odvajanje dvije ili više tekućina s različitim točkama vrelišta, kao u proizvodnji benzina, kerozina i maziva iz nafte. Ostale industrijske primjene uključuju preradu kemikalija kao što su formaldehid i fenol te desalinizaciju morske vode.
Proces destilacije vjerojatno su koristili drevni eksperimentatori. Aristotel (384-322 pr. Kr.) spomenuo je da se čista voda može dobiti isparavanjem morske vode. Plinije Stariji (23-79 AD) opisao je primitivnu metodu kondenzacije u kojoj se ulje dobiveno zagrijavanjem kolofonija skuplja na vunu postavljenu na vrhalembički.
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 zagrijava tekućina, kondenzator za hlađenje pare i posudu za prikupljanje destilata. Kada se smjesa tvari zagrije, najhlapljivija od njih, odnosno ona s najnižim vrelištem, prvo se destilira, a zatim se ostale destiliraju, ili se uopće ne destiliraju. Takav jednostavan aparat izvrstan je za pročišćavanje tekućina koje sadrže nehlapljive komponente, a prilično je učinkovit i za odvajanje tvari s različitim točkama vrelišta. Za laboratorijsku upotrebu, dijelovi aparata obično su izrađeni od stakla i povezani čepovima, gumenim crijevima ili staklenim cijevima. U industrijskoj mjeri, oprema je izrađena od metala ili keramike.
Frakcijska destilacija
Metoda nazvana frakcijska, ili diferencijalna, destilacija razvijena je za rafinaciju nafte jer je jednostavna destilacija u odvojene tekućine čije se točke vrelišta malo razlikuju nije učinkovita. U tom slučaju, pare se više puta kondenziraju i isparavaju u izoliranom okomitom spremniku. Posebnu ulogu ovdje imaju aparati za suhu paru, frakcijski stupovi i kondenzatori, koji omogućuju vraćanje dijela kondenzata natrag u komoru. Cilj je postići bliski kontakt između dižućih različitih faza smjese tako dasamo su najhlapljivije frakcije u obliku pare stigle do prijemnika, a ostatak se vratio u obliku tekućine prema kocki. Pročišćavanje hlapljivih komponenti kao rezultat kontakta između takvih protustruja naziva se rektifikacija ili obogaćivanje.
Višestruka destilacija
Ova metoda se također naziva višestupanjskim isparavanjem. Ovo je još jedna vrsta jednostavne destilacije. Koristi se, na primjer, za destilaciju vode u velikim komercijalnim postrojenjima za desalinizaciju. Pretvaranje tekućine u paru ne zahtijeva zagrijavanje. Jednostavno teče iz spremnika s visokim atmosferskim tlakom u spremnik s nižim tlakom. To dovodi do brzog isparavanja, praćenog kondenzacijom pare u tekućinu.
Vakumska destilacija
Jedna varijacija procesa smanjenog tlaka koristi vakuumsku pumpu za stvaranje vakuuma. Ova metoda, nazvana "vakuumska destilacija", ponekad se koristi sa tvarima koje obično ključaju na visokim temperaturama ili se raspadaju kada se kuhaju u normalnim uvjetima.
Vakumske pumpe stvaraju tlak u koloni, koji je mnogo niži od atmosferskog tlaka. Osim njih, koriste se vakuumski regulatori. Pažljiva kontrola parametara vrlo je važna jer učinkovitost odvajanja ovisi o razlici u relativnoj hlapljivosti pri danoj temperaturi i tlaku. Promjena ove postavke može negativno utjecati na napredak procesa.
Vakumska destilacija je dobro poznata u rafinerijama. Konvencionalne metode destilacije odvojenelaki ugljikovodici i nečistoće iz teških ugljikovodika. Preostali proizvod se podvrgava vakuumskoj destilaciji. To omogućuje odvajanje ugljikovodika visokog vrelišta kao što su ulja i voskovi na niskim temperaturama. Metoda se također koristi u odvajanju organskih kemikalija osjetljivih na toplinu i u obnavljanju organskih otapala.
Što je destilacija parom?
Destilacija s parom je alternativna metoda destilacije na temperaturama ispod normalne točke vrenja. Koristi se kada se destilirana tvar ne miješa i ne reagira kemijski s vodom. Primjeri takvih materijala su masne kiseline i sojino ulje. Tijekom destilacije u tekućinu se uvodi para koja je zagrijava i uzrokuje isparavanje.
Destilacija u nabijenoj koloni
Iako se nabijene kolone najčešće koriste za apsorpciju, također se koriste za destilaciju smjesa para-tekuće. Ovaj dizajn osigurava veliku površinu kontakta, što povećava učinkovitost sustava. Drugi naziv za takvu strukturu je destilacijski stup.
Princip rada je sljedeći. Sirova mješavina komponenti različite hlapljivosti dovodi se u središte kolone. Tekućina teče dolje kroz mlaznicu, a para se kreće prema gore. Smjesa na dnu spremnika ulazi u predgrijač i izlazi s parom. Plin juri gore kroz pakiranje, podižući najhlapljivije komponente tekućine, izlazi iz stupca i ulazi u kondenzator. Nakon ukapljivanja, proizvod ulaziu sakupljač flegma, gdje se odvaja u destilat i frakciju koja se koristi za navodnjavanje.
Različite koncentracije uzrokuju prelazak manje hlapljivih komponenti iz parne faze u tekuću fazu. Mlaznica povećava trajanje i površinu kontakta, što povećava učinkovitost odvajanja. Na izlazu para sadrži maksimalnu količinu hlapljivih sastojaka, dok je njihova koncentracija u tekućini minimalna.
Mlaznice se pune na veliko i pakiraju. Oblik punila može biti nasumičan ili geometrijski strukturiran. Izrađen je od inertnog materijala kao što su glina, porculan, plastika, keramika, metal ili grafit. Punilo obično ima dimenzije od 3 do 75 mm i ima veliku površinu u dodiru sa smjesom para i tekućine. Punjenje u rasutom stanju ima prednost visoke propusnosti, otpornosti na visoki pritisak i niske cijene.
Metalna punila imaju visoku čvrstoću i dobru sposobnost vlaženja. Keramika ima još veću sposobnost vlaženja, ali nije tako jaka. Plastični su dovoljno jaki, ali se ne vlažu dobro pri niskim brzinama protoka. Budući da su keramička punila otporna na koroziju, koriste se na povišenim temperaturama koje plastika ne može podnijeti.
Paketne mlaznice su strukturirana mreža, čije dimenzije odgovaraju promjeru stupa. Omogućuje duge kanale za protok tekućine i pare. Oni su skuplji, ali vam omogućuju smanjenje padova tlaka. Paketne mlaznice su poželjne pri niskim brzinama protoka i pod uvjetima niskog tlaka. Obično se izrađuju od drveta, lima ili tkane mreže.
Koristi se u obnovi otapala i petrokemijskoj industriji.
Destilacija u koloni za destilaciju
Najčešća vrsta stupca. Broj ploča ovisi o željenoj čistoći i složenosti odvajanja. Utječe na visinu destilacijske kolone.
Princip njegovog rada je sljedeći. Smjesa se dovodi u sredinu visine stupa. Razlika u koncentraciji uzrokuje da manje hlapljive komponente prelaze iz struje pare u struju tekućine. Plin koji izlazi iz kondenzatora sadrži najviše hlapivih tvari, dok manje hlapljive tvari izlaze kroz grijač u tok tekućine.
Geometrija ploča u stupcu utječe na stupanj i vrstu kontakta između različitih faznih stanja smjese. Strukturno, to su sito, ventil, kapa, rešetka, kaskada, itd. Posude za sito, koje imaju rupe za paru, koriste se za postizanje visokih performansi uz nisku cijenu. Jeftinije posude ventila, u kojima su otvori opremljeni ventilima za otvaranje i zatvaranje, sklone su začepljenju zbog nakupljanja materijala. Poklopci su opremljeni čepovima koji dopuštaju pari da prođe kroz tekućinu kroz sitne rupice. Ovo je najnaprednija i najskuplja tehnologija, učinkovita pri niskim brzinama protoka. Tekućina teče s jedne ladice na drugu niz odvodne vertikalne cijevi.
Stubci tablice često se koriste za obnavljanje otapala iz procesa otpada. Također se koriste za obnavljanje metanola u operaciji sušenja. Voda izlazi kao tekući proizvod, a hlapljivi organski otpad prelazi u parnu fazu. To je ono što je destilacija u destilacijskoj koloni.
Kriogena destilacija
Kriogena destilacija je primjena općih metoda destilacije na plinove ohlađene u tekuće stanje. Sustav radi na temperaturama ispod -150 °C. Za to se koriste izmjenjivači topline i zavojnice. Cijela struktura naziva se kriogeni blok. Ukapljeni plinovi ulaze u jedinicu i destiliraju se na vrlo niskim temperaturama. Kolone za kriogenu destilaciju mogu se pakirati i pakirati. Šarni dizajn je poželjan jer je rasuti materijal manje učinkovit pri niskim temperaturama.
Jedna od glavnih primjena kriogene destilacije je odvajanje zraka na njegove sastavne plinove.
ekstraktivna destilacija
Ekstrakcijska destilacija koristi dodatne spojeve koji djeluju kao otapalo za promjenu relativne hlapljivosti jedne od komponenti smjese. U ekstrakcijskom stupcu tvarima koje se odvajaju dodaje se otapalo. Komponenta izvorne struje koju treba obnoviti spaja se s otapalom i izlazi u tekuću fazu. Druga komponenta isparava i odlazi u destilat. Drugo trčanje nadrugi stupac omogućuje da se tvar odvoji od otapala, koje se zatim vraća u prethodnu fazu kako bi ponovio ciklus.
Ekstrakcijska destilacija koristi se za odvajanje spojeva s bliskim vrelištima i azeotropnih smjesa. Ekstrakcijska destilacija nije toliko raširena u industriji kao konvencionalna destilacija zbog složenosti dizajna. Primjer je postupak dobivanja celuloze. Organsko otapalo odvaja celulozu od lignina, a druga destilacija proizvodi čistu tvar.
