Čo je destilácia? Ide o proces premeny kvapaliny na paru, ktorá potom kondenzuje späť do kvapalnej formy. Najjednoduchším príkladom je destilácia vody, pri ktorej sa para z kanvice usadzuje ako kvapôčky na studenom povrchu.
Aplikácia a história
Destilácia sa používa na oddelenie kvapalín od neprchavých pevných látok, ako pri destilácii liehovín z fermentovaných materiálov, alebo na oddelenie dvoch alebo viacerých kvapalín s rôznymi bodmi varu, ako pri výrobe benzínu, petroleja a mazív z ropy. Ďalšie priemyselné aplikácie zahŕňajú spracovanie chemikálií, ako je formaldehyd a fenol, a odsoľovanie morskej vody.
Destilačný proces pravdepodobne používali starovekí experimentátori. Aristoteles (384-322 pred Kr.) spomínal, že čistú vodu možno získať odparovaním morskej vody. Plínius starší (23-79 n. l.) opísal primitívny spôsob kondenzácie, pri ktorom sa olej získaný zahrievaním kolofónie zbiera na vlne umiestnenej na vrchualembic.
Jednoduchá destilácia
Väčšina destilačných metód používaných v priemysle a laboratórnom výskume sú variáciami jednoduchej destilácie. Táto základná technológia využíva kocku alebo retortu, v ktorej sa zohrieva kvapalina, chladič na ochladzovanie pary a nádobu na zachytávanie destilátu. Pri zahrievaní zmesi látok sa najskôr destiluje najprchanejšia z nich alebo tá s najnižším bodom varu a potom sa destilujú ostatné, prípadne sa nedestilujú vôbec. Takéto jednoduché zariadenie je vynikajúce na čistenie kvapalín obsahujúcich neprchavé zložky a je celkom účinné na oddeľovanie látok s rôznymi bodmi varu. Na laboratórne použitie sú časti prístroja zvyčajne vyrobené zo skla a spojené zátkami, gumenými hadicami alebo sklenenými trubicami. V priemyselnom meradle sú zariadenia vyrobené z kovu alebo keramiky.
Frakčná destilácia
Metóda nazývaná frakčná alebo diferenciálna destilácia bola vyvinutá na rafináciu ropy, pretože jednoduchá destilácia na oddelenie kvapalín, ktorých body varu sa líšia len málo, je neefektívna. V tomto prípade pary opakovane kondenzujú a odparujú sa v izolovanej vertikálnej nádobe. Osobitnú úlohu tu zohrávajú suché parníky, frakčné kolóny a kondenzátory, ktoré umožňujú vrátiť časť kondenzátu späť do destilačného zariadenia. Cieľom je dosiahnuť tesný kontakt medzi stúpajúcimi rôznymi fázami zmesi tak, abylen najprchavejšie frakcie vo forme pary sa dostali do prijímača a zvyšok sa vrátil vo forme kvapaliny smerom ku kocke. Čistenie prchavých zložiek v dôsledku kontaktu medzi takýmito protiprúdmi sa nazýva usmernenie alebo obohatenie.
Viacnásobná destilácia
Táto metóda sa tiež nazýva viacstupňové bleskové odparovanie. Toto je ďalší druh jednoduchej destilácie. Používa sa napríklad na destiláciu vody vo veľkých komerčných odsoľovacích zariadeniach. Premena kvapaliny na paru nevyžaduje zahrievanie. Jednoducho prúdi z nádoby s vysokým atmosférickým tlakom do nádoby s nižším tlakom. To vedie k rýchlemu vyparovaniu sprevádzanému kondenzáciou pár na kvapalinu.
Vákuová destilácia
Jedna variácia procesu so zníženým tlakom využíva na vytvorenie vákua vákuové čerpadlo. Táto metóda, nazývaná „vákuová destilácia“, sa niekedy používa s látkami, ktoré bežne vria pri vysokých teplotách alebo sa rozkladajú pri varení za normálnych podmienok.
Vákuové čerpadlá vytvárajú v kolóne tlak, ktorý je oveľa nižší ako atmosférický tlak. Okrem nich sa používajú vákuové regulátory. Dôkladná kontrola parametrov je veľmi dôležitá, pretože účinnosť separácie závisí od rozdielu relatívnej prchavosti pri danej teplote a tlaku. Zmena tohto nastavenia môže nepriaznivo ovplyvniť priebeh procesu.
Vákuová destilácia je v rafinériách dobre známa. Konvenčné metódy destilácie oddelenéľahké uhľovodíky a nečistoty z ťažkých uhľovodíkov. Zvyšný produkt sa podrobí vákuovej destilácii. To umožňuje oddeľovať vysokovriace uhľovodíky, ako sú oleje a vosky, pri nízkych teplotách. Metóda sa používa aj pri separácii organických chemikálií citlivých na teplo a pri regenerácii organických rozpúšťadiel.
Čo je destilácia vodnou parou?
Destilácia vodnou parou je alternatívna metóda destilácie pri teplotách pod normálnym bodom varu. Používa sa vtedy, keď je destilovaná látka nemiešateľná a chemicky nereaguje s vodou. Príkladmi takýchto materiálov sú mastné kyseliny a sójový olej. Počas destilácie sa do kvapaliny privádza para, ktorá ju ohrieva a spôsobuje odparovanie.
Destilácia v plnenej kolóne
Napriek tomu, že náplňové kolóny sa najčastejšie používajú na absorpciu, používajú sa aj na destiláciu zmesí para-kvapalina. Tento dizajn poskytuje veľkú kontaktnú plochu, čo zvyšuje účinnosť systému. Iný názov pre takúto štruktúru je destilačná kolóna.
Princíp fungovania je nasledujúci. Surová zmes zložiek s rôznou prchavosťou sa privádza do stredu kolóny. Kvapalina prúdi dole cez dýzu a para sa pohybuje nahor. Zmes na dne nádrže vstupuje do predhrievača a vystupuje s parou. Plyn prúdi cez náplň, zachytáva najprchavejšie zložky kvapaliny, opúšťa kolónu a vstupuje do kondenzátora. Po skvapalnení vstupuje produktdo zberača hlienu, kde sa rozdelí na destilát a frakciu použitú na zavlažovanie.
Rôzne koncentrácie spôsobujú, že menej prchavé zložky prechádzajú z plynnej fázy do kvapalnej fázy. Tryska zvyšuje trvanie a plochu kontaktu, čo zvyšuje účinnosť separácie. Na výstupe para obsahuje maximálne množstvo prchavých zložiek, pričom ich koncentrácia v kvapaline je minimálna.
Dýzy sa plnia hromadne a v balíkoch. Tvar plniva môže byť buď náhodný alebo geometricky štruktúrovaný. Je vyrobený z inertného materiálu, ako je hlina, porcelán, plast, keramika, kov alebo grafit. Plnivo má typicky rozmery od 3 do 75 mm a má veľký povrch v kontakte so zmesou para-kvapalina. Hromadné plnenie má výhodu vysokej priepustnosti, vysokej odolnosti voči tlaku a nízkych nákladov.
Kovové plnivá majú vysokú pevnosť a dobrú zmáčavosť. Keramika má ešte vyššiu zmáčavosť, no nie je taká pevná. Plastové sú dostatočne pevné, ale pri nízkych prietokoch zle vlhnú. Keďže keramické plnivá sú odolné voči korózii, používajú sa pri zvýšených teplotách, ktorým plast neznesie.
Obalové trysky sú štruktúrované pletivo, ktorého rozmery zodpovedajú priemeru kolóny. Poskytuje dlhé kanály pre prúdenie tekutín a pár. Sú drahšie, ale umožňujú znížiť poklesy tlaku. Balíčkové dýzy sú výhodné pri nízkych prietokových rýchlostiach a pri nízkotlakových podmienkach. Zvyčajne sú vyrobené z dreva, plechu alebo tkanej sieťoviny.
Používa sa pri regenerácii rozpúšťadiel a petrochemickom priemysle.
Destilácia v destilačnej kolóne
Najpoužívanejší typ stĺpca. Počet dosiek závisí od požadovanej čistoty a zložitosti separácie. Ovplyvňuje výšku destilačnej kolóny.
Princíp jeho fungovania je nasledujúci. Zmes sa podáva v strede výšky stĺpca. Rozdiel v koncentrácii spôsobuje, že menej prchavé zložky prechádzajú z prúdu pary do prúdu kvapaliny. Plyn opúšťajúci kondenzátor obsahuje najviac prchavých látok, zatiaľ čo menej prchavé látky vystupujú cez ohrievač do prúdu kvapaliny.
Geometria dosiek v kolóne ovplyvňuje stupeň a typ kontaktu medzi rôznymi fázovými stavmi zmesi. Konštrukčne sú to sito, ventil, uzáver, mriežka, kaskáda atď. Sitá misky, ktoré majú otvory pre paru, sa používajú na poskytovanie vysokého výkonu pri nízkej cene. Lacnejšie ventilové vaničky, v ktorých sú otvory vybavené otváracími a zatváracími ventilmi, sú náchylné na upchávanie v dôsledku nahromadenia materiálu. Uzávery sú vybavené uzávermi, ktoré umožňujú prechod pary cez kvapalinu cez malé otvory. Toto je najpokročilejšia a najdrahšia technológia, účinná pri nízkych prietokoch. Kvapalina preteká z jednej misky do druhej vertikálnym odtokovým potrubím.
Stĺpce tabuľky sa často používajú na regeneráciu rozpúšťadiel z odpadu z procesov. Používajú sa tiež na regeneráciu metanolu v procese sušenia. Voda vychádza ako tekutý produkt a prchavý organický odpad prechádza do plynnej fázy. Toto je destilácia v destilačnej kolóne.
Kryogénna destilácia
Kryogénna destilácia je aplikácia všeobecných metód destilácie na plyny ochladené do kvapalného stavu. Systém funguje pri teplotách pod -150 °C. Na tento účel sa používajú výmenníky tepla a špirály. Celá štruktúra sa nazýva kryogénny blok. Skvapalnené plyny vstupujú do jednotky a sú destilované pri veľmi nízkych teplotách. Kryogénne destilačné kolóny môžu byť zabalené a zabalené. Uprednostňuje sa dávkový dizajn, pretože sypký materiál je menej účinný pri nízkych teplotách.
Jednou z hlavných aplikácií kryogénnej destilácie je separácia vzduchu na jednotlivé plyny.
Extraktná destilácia
Extraktná destilácia využíva ďalšie zlúčeniny, ktoré pôsobia ako rozpúšťadlo na zmenu relatívnej prchavosti jednej zo zložiek zmesi. V extrakčnej kolóne sa k látkam, ktoré sa majú oddeliť, pridá rozpúšťadlo. Zložka privádzaného prúdu, ktorá sa má regenerovať, sa spojí s rozpúšťadlom a vystupuje v kvapalnej fáze. Druhá zložka sa odparí a ide do destilátu. Druhý beh doďalší stĺpec umožňuje oddelenie látky od rozpúšťadla, ktoré sa potom vráti do predchádzajúceho kroku a cyklus sa opakuje.
Extraktná destilácia sa používa na oddelenie zlúčenín s blízkymi bodmi varu a azeotropických zmesí. Extrakčná destilácia nie je v priemysle taká rozšírená ako klasická destilácia kvôli zložitosti dizajnu. Príkladom je proces získavania celulózy. Organické rozpúšťadlo oddeľuje celulózu od lignínu a druhou destiláciou sa získa čistá látka.
