Ce este distilarea? Acesta este procesul de transformare a unui lichid în vapori, care apoi se condensează înapoi în formă lichidă. Cel mai simplu exemplu este distilarea apei, în care aburul dintr-un ibric este depus sub formă de picături pe o suprafață rece.
Aplicație și istoric
Distilarea este utilizată pentru a separa lichide de solidele nevolatile, cum ar fi distilarea băuturilor spirtoase din materiale fermentate, sau pentru a separa două sau mai multe lichide cu puncte de fierbere diferite, cum ar fi fabricarea benzinei, kerosenului și lubrifianților din petrol. Alte aplicații industriale includ procesarea de substanțe chimice precum formaldehida și fenolul și desalinizarea apei de mare.
Procedeul de distilare a fost probabil folosit de experimentatorii antici. Aristotel (384-322 î. Hr.) a menționat că apa pură poate fi obținută prin evaporarea apei de mare. Pliniu cel Bătrân (23-79 d. Hr.) a descris o metodă primitivă de condensare în care uleiul obținut prin încălzirea colofoniei este colectat pe lână pusă deasupraalambic.
Distilare simplă
Majoritatea metodelor de distilare utilizate în industrie și cercetarea de laborator sunt variații ale distilării simple. Această tehnologie de bază folosește un cub sau o retortă în care lichidul este încălzit, un condensator pentru a răci vaporii și un vas pentru a colecta distilatul. Cand se incalzeste un amestec de substante se distila mai intai cea mai volatila dintre ele, sau cea cu cel mai mic punct de fierbere, iar apoi celel alte sunt distilate, sau deloc. Un astfel de aparat simplu este excelent pentru purificarea lichidelor care conțin componente nevolatile și este destul de eficient pentru separarea substanțelor cu diferite puncte de fierbere. Pentru utilizarea în laborator, părțile aparatului sunt de obicei realizate din sticlă și conectate cu dopuri, furtunuri de cauciuc sau tuburi de sticlă. La scară industrială, echipamentele sunt fabricate din metal sau ceramică.
Distilare fracționată
O metodă numită distilare fracționată sau diferențială a fost dezvoltată pentru rafinarea petrolului, deoarece distilarea simplă pentru a separa lichidele ale căror puncte de fierbere diferă puțin este ineficientă. În acest caz, vaporii se condensează și se evaporă în mod repetat într-un recipient vertical izolat. Un rol deosebit îl au aici aburii uscați, coloanele fracționale și condensatoarele, care permit returnarea unei părți din condens înapoi în alambic. Scopul este de a obține un contact strâns între diferitele faze ale amestecului, astfel încâtdoar cele mai volatile fracții sub formă de vapori au ajuns la receptor, iar restul s-au întors sub formă de lichid către cub. Purificarea componentelor volatile ca urmare a contactului dintre astfel de contracurenți se numește rectificare sau îmbogățire.
Distilare multiplă
Această metodă se mai numește și evaporare flash în mai multe etape. Acesta este un alt tip de distilare simplă. Este folosit, de exemplu, pentru distilarea apei în marile instalații comerciale de desalinizare. Transformarea lichidului în vapori nu necesită încălzire. Pur și simplu curge dintr-un recipient cu presiune atmosferică mare într-un recipient cu presiune mai mică. Aceasta duce la o evaporare rapidă, însoțită de condensarea vaporilor în lichid.
Distilare în vid
O variantă a procesului de presiune redusă folosește o pompă de vid pentru a crea un vid. Această metodă, numită „distilarea în vid”, este uneori folosită cu substanțe care fierb în mod normal la temperaturi ridicate sau se descompun atunci când sunt fierte în condiții normale.
Pompele de vid creează presiune în coloană, care este mult mai mică decât presiunea atmosferică. Pe lângă acestea, se folosesc regulatoare de vid. Controlul atent al parametrilor este foarte important deoarece eficiența separării depinde de diferența de volatilitate relativă la o anumită temperatură și presiune. Modificarea acestei setări poate afecta negativ progresul procesului.
Distilarea în vid este binecunoscută în rafinării. Metodele convenționale de distilare se separăhidrocarburi ușoare și impurități din hidrocarburi grele. Produsul rezidual este supus distilarii în vid. Acest lucru face posibilă separarea hidrocarburilor cu punct de fierbere ridicat, cum ar fi uleiurile și ceara, la temperaturi scăzute. Metoda este folosită și în separarea substanțelor chimice organice sensibile la căldură și în recuperarea solvenților organici.
Ce este distilarea cu abur?
Distilarea cu abur este o metodă alternativă de distilare la temperaturi sub punctul normal de fierbere. Se foloseste atunci cand substanta distilata este nemiscibila si nu reactioneaza chimic cu apa. Exemple de astfel de materiale sunt acizii grași și uleiul de soia. În timpul distilării, în lichid este introdus abur, care îl încălzește și provoacă evaporarea.
Distilare într-o coloană plină
Deși coloanele umplute sunt cel mai adesea folosite pentru absorbție, ele sunt folosite și pentru distilarea amestecurilor vapori-lichid. Acest design oferă o suprafață mare de contact, ceea ce crește eficiența sistemului. Un alt nume pentru o astfel de structură este o coloană de distilare.
Principiul de funcționare este următorul. Amestecul brut de componente cu volatilitate diferită este alimentat în centrul coloanei. Lichidul curge în jos prin duză, iar vaporii se mișcă în sus. Amestecul din fundul rezervorului intră în preîncălzitor și iese cu abur. Gazul se grăbește în sus prin garnitură, captând cele mai volatile componente ale lichidului, iese din coloană și intră în condensator. După lichefiere, produsul intrăîn colectorul de flegme, unde este separat într-un distilat și o fracțiune folosită pentru irigare.
Concentrațiile diferite fac ca componentele mai puțin volatile să treacă din faza de vapori în faza lichidă. Duza mărește durata și aria de contact, ceea ce crește eficiența separării. La ieșire, vaporii conțin cantitatea maximă de componente volatile, în timp ce concentrația acestora în lichid este minimă.
Duzele sunt umplute în vrac și pachete. Forma umpluturii poate fi fie aleatorie, fie structurată geometric. Este realizat dintr-un material inert, cum ar fi argila, porțelanul, plasticul, ceramica, metalul sau grafitul. Umplutura are de obicei dimensiuni de la 3 la 75 mm și are o suprafață mare în contact cu amestecul de vapori-lichid. Umplerea în vrac are avantajul unui randament ridicat, rezistență la presiune ridicată și costuri reduse.
Umpluturi metalice au o rezistență ridicată și o bună umectabilitate. Ceramica are o umiditate și mai mare, dar nu sunt la fel de puternice. Cele din plastic sunt suficient de rezistente, dar nu se uda bine la debite mici. Deoarece materialele de umplutură ceramice sunt rezistente la coroziune, acestea sunt utilizate la temperaturi ridicate pe care plasticul nu le poate rezista.
Duzele de pachet sunt o plasă structurată, ale cărei dimensiuni corespund diametrului coloanei. Oferă canale lungi pentru fluxurile de lichid și vapori. Sunt mai scumpe, dar vă permit să reduceți căderile de presiune. Duzele de pachete sunt preferate la debite mici și în condiții de presiune scăzută. De obicei, sunt fabricate din lemn, tablă sau plasă țesătă.
Folosit în industria de recuperare a solvenților și petrochimic.
Distilare în coloană de distilare
Tipul de coloană cel mai utilizat. Numărul de plăci depinde de puritatea dorită și de complexitatea separării. Afectează înălțimea coloanei de distilare.
Principiul funcționării sale este următorul. Amestecul este alimentat la mijlocul înălțimii coloanei. Diferența de concentrație face ca componentele mai puțin volatile să treacă din fluxul de vapori în fluxul lichid. Gazul care iese din condensator conține cele mai volatile substanțe, în timp ce substanțele mai puțin volatile ies prin încălzitor în fluxul lichid.
Geometria plăcilor din coloană afectează gradul și tipul de contact între diferitele stări de fază ale amestecului. Din punct de vedere structural, acestea sunt sită, supapă, capac, zăbrele, cascadă etc. Tăvile de sită, care au orificii pentru abur, sunt folosite pentru a oferi performanțe ridicate la costuri reduse. Tăvile de supape mai ieftine, în care deschiderile sunt prevăzute cu supape de deschidere și închidere, sunt predispuse la înfundare din cauza acumulării de material. Capacele sunt echipate cu capace care permit vaporilor să treacă prin lichid prin găuri minuscule. Aceasta este cea mai avansată și costisitoare tehnologie, eficientă la debite reduse. Fluidul curge dintr-o tavă în alta pe țevile verticale de scurgere.
Coloanele de masă sunt adesea folosite pentru a recupera solvenții din deșeurile de proces. De asemenea, sunt utilizate pentru recuperarea metanolului într-o operațiune de uscare. Apa iese ca un produs lichid, iar deșeurile organice volatile intră în faza de vapori. Aceasta este distilarea într-o coloană de distilare.
Distilare criogenică
Distilarea criogenică este aplicarea metodelor generale de distilare la gazele răcite la stare lichidă. Sistemul funcționează la temperaturi sub -150 °C. Pentru aceasta, se folosesc schimbătoare de căldură și bobine. Întreaga structură se numește bloc criogenic. Gazele lichefiate intră în unitate și sunt distilate la temperaturi foarte scăzute. Coloanele de distilare criogenică pot fi ambalate și ambalate. Designul lotului este preferat, deoarece materialul în vrac este mai puțin eficient la temperaturi scăzute.
Una dintre principalele aplicații ale distilării criogenice este separarea aerului în gazele sale constitutive.
Distilarea extractivă
Distilarea extractivă folosește compuși suplimentari care acționează ca solvent pentru a modifica volatilitatea relativă a unuia dintre componentele amestecului. În coloana extractivă, se adaugă un solvent la substanțele care trebuie separate. Componenta curentului de alimentare care trebuie recuperată se combină cu solventul și iese în fază lichidă. Ceal altă componentă se evaporă și intră în distilat. A doua alergare lao altă coloană permite separarea substanței de solvent, care apoi revine la etapa anterioară pentru a repeta ciclul.
Distilarea extractivă este utilizată pentru a separa compuși cu puncte de fierbere apropiate și amestecuri azeotrope. Distilarea extractivă nu este la fel de răspândită în industrie ca distilarea convențională din cauza complexității designului. Un exemplu este procesul de obținere a celulozei. Solventul organic separă celuloza de lignină, iar oa doua distilare produce o substanță pură.
