Що таке дистиляція, де застосовується, опис процесу

Відео: AngelStu - ректифікація нафти

Що таке дистиляція? Це процес, що полягає в перетворенні рідини в пар, який потім знову конденсується в рідку форму. Найпростішим прикладом може служити дистиляція води, коли пар з чайника осідає у вигляді крапель на холодній поверхні.

Застосування і історія

Дистиляція використовується для відділення рідин від нелетких твердих речовин, як при перегонці спиртних напоїв із зброджуваних продуктів, або для поділу двох або більше рідин з різною температурою кипіння, як при виробництві бензину, гасу і мастил з нафти. Інші промислові застосування включають переробку таких хімічних продуктів, як формальдегід і фенол, опріснення морської води.

Процес дистиляції, ймовірно, використовувався ще стародавніми експериментаторами. Аристотель (384-322 рр. До н. Е.) Згадував, що чисту воду можна отримати шляхом випаровування морської. Пліній Старший (23-79 рр. Н. Е.) Описав примітивний спосіб конденсації, при якому масло, що отримується шляхом нагрівання каніфолі, збирається на шерсті, вміщеній у верхній частині перегінного куба.

проста дистиляція

Більшість методів дистиляції, що застосовуються в промисловості і лабораторних дослідженнях, є варіаціями простий перегонки. У цю базову технології використовується куб або реторта, в яких рідина нагрівається, конденсатор для охолодження пара і ємність для збору дистиляту. При нагріванні суміші речовин в першу чергу переганяється найбільш летюча з них або те, у якого температура кипіння мінімальна, а потім дистилюється інші, або НЕ дистилюється зовсім. Такий простий апарат прекрасно підходить для очищення рідини, що містить нелеткі компоненти, і досить ефективний для розділення речовин з різною точкою кипіння. Для лабораторного використання частини апарату зазвичай роблять зі скла і з`єднують їх пробками, гумовими шлангами або скляними трубками. У промислових масштабах обладнання роблять з металу або кераміки.

фракційна дистиляція

Метод, званий фракційної, або диференціальної, дистиляцією, був розроблений для нафтопереробки, тому що проста перегонка для поділу рідин, температура кипіння яких мало відрізняється, неефективна. При цьому пари багаторазово конденсуються і випаровуються в ізольованій вертикальної ємності. Особливу роль тут відіграють сухопарнику, фракційні колони і конденсатори, що дозволяють повернути деяку частину конденсату назад в куб. Мета полягає в тому, щоб домогтися тісного контакту між піднімаються різними фазами суміші, щоб тільки самі летючі фракції в формі пара досягали приймача, а решта поверталося у вигляді рідини в сторону куба. Очищення летючих компонентів в результаті контакту між такими протитечіями називається ректифікацією, або збагаченням.

багаторазова дистиляція

Даний метод ще називають багатостадійним миттєвим випаровуванням. Це ще один вид простий перегонки. З його допомогою виробляється, наприклад, дистиляція води на великих комерційних опріснювальних установках. Перетворення рідини в пар не вимагає нагріву. Вона просто потрапляє з ємності з високим атмосферним тиском в ємність з більш низьким. Це призводить до швидкого випаровування, що супроводжується конденсацією пари в рідину.

Вакуумна перегонка

В одній з різновидів процесу зі зниженим тиском для створення вакууму використовується вакуумний насос. Цей метод, званий «вакуумна дистиляція», іноді застосовується при роботі з речовинами, які зазвичай киплять при високих температурах або розкладаються при кипінні в нормальних умовах.

Вакуумні насоси створюють в колоні тиск, що значно менший атмосферного. На додаток до них використовуються вакуумні регулятори. Ретельний контроль параметрів дуже важливий, оскільки ефективність розділення залежить від відмінності у відносній летючості при даній температурі і тиску. Зміна цього параметра може негативно вплинути на хід процесу.

Що таке дистиляція в вакуумі, добре знають на нафтопереробних заводах. Звичайні методи перегонки відділяють легкі вуглеводні і домішки від важких вуглеводнів. Остаточний продукт піддають вакуумної дистиляції. Це дозволяє відокремити висококиплячі вуглеводні, такі як масла й віск, при невисоких температурах. Метод також застосовується при поділі чутливих до нагрівання органічних хімічних сполук і для відновлення органічних розчинників.

Що таке дистиляція паром?

Парова перегонка є альтернативним методом перегонки при температурах нижче нормальної точки кипіння. Вона застосовується, коли дістілліруемое речовина не змішується і хімічно не реагує з водою. Прикладами таких матеріалів є жирні кислоти і соєву олію. В ході перегонки в рідину подається пар, який нагріває її і викликає випаровування.

Дистиляція в насадок колоні

Хоча насадок колони найчастіше застосовуються для абсорбції, вони також використовуються для перегонки парорідинних сумішей. Така конструкція забезпечує велику площу контактної поверхні, що підвищує ефективність системи. Інша назва такої конструкції - колона ректифікації.

Принцип роботи полягає в наступному. Сировинна суміш компонентів з різною волатильністю подається в центр колони. Рідина стікає вниз через насадку, а пар рухається вгору. Суміш в нижній частині резервуара потрапляє в підігрівач і виходить з нього разом з парою. Газ рухається вгору через насадку, підхоплюючи найбільш летючі компоненти рідини, виходить з колони і потрапляє в конденсатор. Після скраплення продукт надходить до збірки флегми, де він розділяється на дистилят і фракцію, яка використовується для зрошення.

Відео: Сервіс. застосування геозон

Різна концентрація призводить до того, що менш леткі компоненти переходять з парової фази в рідку. Насадка збільшує тривалість і площа контакту, що підвищує ефективність розділення. На виході пар містить максимальну кількість летючих компонентів, в той час як в рідини їх концентрація мінімальна.

Насадки заповнюються в навал і пакетами. Форма наповнювача може бути або випадковою, або геометрично структурованою. Його роблять з інертного матеріалу, такого як глина, фарфор, пластик, кераміка, метал або графіт. Наповнювач, як правило, має розміри від 3 до 75 мм і відрізняється великою площею поверхні, що контактує з парожидкостной сумішшю. Перевага заповнення в навал полягає у великій пропускній спроможності, стійкості до великих тисків і низької вартості.

Металеві наповнювачі мають високу міцність і хорошу змочуваність. Керамічні володіють ще більш високою смачиваемостью, але вони не такі міцні. Пластикові досить міцні, але погано змочуються при низькій швидкості потоку. Оскільки керамічні наповнювачі стійкі до корозії, вони використовуються при підвищених температурах, які пластик не витримує.

Пакетні насадки являють собою структуровану сітку, розміри якої відповідають діаметру колони. Забезпечують наявність довгих каналів для потоків рідини і пара. Вони дорожчі, але дають змогу знизити перепади тиску. Пакетним насадок віддається перевага при невисокій швидкості потоку і в умовах низького тиску. Зазвичай їх роблять з деревини, листового металу або тканої сітки.

Застосовуються для відновлення розчинників і в нафтохімічній промисловості.

Дистиляція в ректифікаційної колоні

Найбільш широкого поширення набули колони тарілчастого типу. Кількість тарілок залежить від бажаної чистоти і складності поділу. Воно впливає на те, якої висоти буде колона ректифікації.

Принцип роботи її наступний. Суміш подається посередині висоти колони. Різниця в концентрації призводить до того, що менш леткі компоненти переходять з потоку пари в потік рідини. Газ, що виходить з конденсатора, містить найбільш летючі речовини, а менш випаровувані виходять через нагрівач в потік рідини.

Геометрія тарілок в колоні впливає на ступінь і тип контакту між різними фазовими станами суміші. Конструктивно вони виконуються сітчатимі, клапанними, ковпачковими, гратчастими, каскадних і т. Д. Сітчатие тарілки, в яких є отвори для пари, використовуються для забезпечення високої продуктивності при низьких витратах. Дешевші клапанні тарілки, в яких отвори забезпечені відкривають і закривають клапанами, схильні до засмічення через скупчення на них матеріалу. Ковпачкові забезпечені ковпачками, що дозволяють пару проходити через рідину крізь крихітні отвори. Це сама передова і дорога технологія, ефективна при низьких швидкостях потоку. Рідина тече від однієї тарілки до іншої вниз по зливним вертикальним трубах.

Тарілчасті колони часто використовуються для відновлення розчинників з технологічних відходів. Також вони застосовуються для відновлення метанолу при операції сушки. Як рідкого продукту виходить вода, а летючі органічні відходи переходять в парову фазу. Ось що таке дистиляція в ректифікаційної колоні.

кріогенна перегонка

Кріогенна дистиляція полягає в застосуванні загальних методів перегонки до газам, охолодженим до рідкого стану. Система функціонує при температурах нижче -150 ° С. Для цього використовуються теплообмінники і змійовики. Вся конструкція називається вакуумним блоком. зріджені гази надходять в блок і переганяються при дуже низьких температурах. Колони кріогенної дистиляції можуть бути насадочними і пакетними. Пакетний дизайн кращий, оскільки насипний матеріал менш ефективний при низьких температурах.

Одним з основних застосувань кріогенної дистиляції є поділ повітря на складові його гази.

екстрактивних перегонка

У екстрактивної ректифікації використовуються додаткові з`єднання, які діють як розчинник для зміни відносної летючості одного з компонентів суміші. У екстрактивних колону до поділюваних речовин додається розчинник. Компонент сировинного потоку, який потрібно витягти, з`єднується з розчинником і виходить в рідкій фазі. Інший компонент випаровується і виходить в дистилят. Друга перегонка в інший колоні дозволяє відокремити речовина від розчинника, який потім повертається на попередній етап, щоб повторити цикл.

Екстрактивних ректифікація застосовується для поділу сполук з близькими температурами кипіння і азеотропних сумішей. Екстрактивних ректифікація не так широко поширена в промисловості, як звичайна дистиляція, через складність конструкції. Прикладом є процес отримання целюлози. Органічний розчинник відокремлює целюлозу від лігніну, а друга перегонка дозволяє отримати чисте речовина.