Co je destilace? Jedná se o proces přeměny kapaliny na páru, která pak kondenzuje zpět do kapalné formy. Nejjednodušším příkladem je destilace vody, kdy se pára z konvice ukládá jako kapičky na studený povrch.
Aplikace a historie
Destilace se používá k oddělení kapalin od netěkavých pevných látek, jako při destilaci lihovin z fermentovaných materiálů, nebo k oddělení dvou nebo více kapalin s různými body varu, jako při výrobě benzínu, petroleje a maziv z ropy. Mezi další průmyslové aplikace patří zpracování chemikálií, jako je formaldehyd a fenol, a odsolování mořské vody.
Destilační proces pravděpodobně používali starověcí experimentátoři. Aristoteles (384-322 př. n. l.) zmínil, že čistou vodu lze získat odpařováním mořské vody. Plinius starší (23–79 n. l.) popsal primitivní metodu kondenzace, při níž se olej získaný zahřátím kalafuny shromažďuje na vlně umístěné na vrškualembic.
Jednoduchá destilace
Většina destilačních metod používaných v průmyslu a laboratorním výzkumu jsou variacemi na jednoduchou destilaci. Tato základní technologie využívá krychli nebo retortu, ve které se kapalina zahřívá, chladič pro ochlazení páry a nádobu pro sběr destilátu. Při zahřívání směsi látek se nejprve destiluje ta nejtěkavější z nich nebo ta s nejnižším bodem varu a poté se destilují ostatní, případně se nedestilují vůbec. Takové jednoduché zařízení je vynikající pro čištění kapalin obsahujících netěkavé složky a je docela účinné pro oddělování látek s různými body varu. Pro laboratorní použití jsou části aparatury obvykle vyrobeny ze skla a spojeny zátkami, pryžovými hadicemi nebo skleněnými trubičkami. V průmyslovém měřítku je zařízení vyrobeno z kovu nebo keramiky.
frakční destilace
Metoda nazývaná frakční nebo diferenciální destilace byla vyvinuta pro rafinaci ropy, protože jednoduchá destilace k oddělení kapalin, jejichž body varu se liší jen málo, je neefektivní. V tomto případě páry opakovaně kondenzují a odpařují se v izolované vertikální nádobě. Zvláštní roli zde hrají suché parníky, frakční kolony a kondenzátory, které umožňují vracet část kondenzátu zpět do destilačního zařízení. Cílem je dosáhnout těsného kontaktu mezi stoupajícími různými fázemi směsi tak, abypouze nejtěkavější frakce ve formě páry se dostaly do přijímače a zbytek se vrátil ve formě kapaliny směrem k krychli. Čištění těkavých složek v důsledku kontaktu mezi takovými protiproudy se nazývá usměrnění nebo obohacení.
Vícenásobná destilace
Tato metoda se také nazývá vícestupňové bleskové odpařování. Toto je další druh jednoduché destilace. Používá se například k destilaci vody ve velkých komerčních odsolovacích zařízeních. Přeměna kapaliny na páru nevyžaduje zahřívání. Jednoduše proudí z nádoby s vysokým atmosférickým tlakem do nádoby s tlakem nižším. To vede k rychlému odpařování, doprovázenému kondenzací páry na kapalinu.
Vakuová destilace
Jedna varianta procesu se sníženým tlakem využívá k vytvoření vakua vakuové čerpadlo. Tato metoda, nazývaná "vakuová destilace", se někdy používá u látek, které normálně vrou při vysokých teplotách nebo se rozkládají při vaření za normálních podmínek.
Vakuové vývěvy vytvářejí v koloně tlak, který je mnohem nižší než atmosférický tlak. Kromě nich se používají vakuové regulátory. Pečlivá kontrola parametrů je velmi důležitá, protože účinnost separace závisí na rozdílu relativní těkavosti při dané teplotě a tlaku. Změna tohoto nastavení může nepříznivě ovlivnit průběh procesu.
Vakuová destilace je v rafineriích dobře známá. Konvenční destilační metody oddělenélehké uhlovodíky a nečistoty z těžkých uhlovodíků. Zbylý produkt se podrobí vakuové destilaci. To umožňuje oddělovat vysokovroucí uhlovodíky, jako jsou oleje a vosky, při nízkých teplotách. Metoda se také používá při separaci organických chemikálií citlivých na teplo a při regeneraci organických rozpouštědel.
Co je to parní destilace?
Destilace s vodní parou je alternativní metoda destilace při teplotách pod normálním bodem varu. Používá se, když je destilovaná látka nemísitelná a chemicky nereaguje s vodou. Příklady takových materiálů jsou mastné kyseliny a sojový olej. Během destilace se do kapaliny přivádí pára, která ji zahřívá a způsobuje odpařování.
Destilace v plněné koloně
Přestože se náplňové kolony nejčastěji používají k absorpci, používají se také k destilaci směsí pára-kapalina. Tato konstrukce poskytuje velkou kontaktní plochu, která zvyšuje účinnost systému. Jiný název pro takovou strukturu je destilační kolona.
Princip činnosti je následující. Surová směs složek s různou těkavostí se přivádí do středu kolony. Kapalina proudí dolů tryskou a pára se pohybuje nahoru. Směs na dně nádrže vstupuje do předehřívače a vystupuje s párou. Plyn proudí náplní nahoru, zachycuje nejtěkavější složky kapaliny, opouští kolonu a vstupuje do kondenzátoru. Po zkapalnění vstupuje produktdo sběrače hlenu, kde se rozdělí na destilát a frakci použitou k zavlažování.
Různé koncentrace způsobují, že méně těkavých složek přechází z plynné fáze do kapalné fáze. Tryska prodlužuje dobu a plochu kontaktu, což zvyšuje účinnost separace. Na výstupu pára obsahuje maximální množství těkavých složek, přičemž jejich koncentrace v kapalině je minimální.
Dýzy se plní volně ložené a balíčky. Tvar plniva může být buď náhodný, nebo geometricky strukturovaný. Vyrábí se z inertního materiálu, jako je hlína, porcelán, plast, keramika, kov nebo grafit. Plnivo má typicky rozměry od 3 do 75 mm a má velký povrch ve styku se směsí pára-kapalina. Hromadné plnění má výhodu vysoké propustnosti, vysoké odolnosti vůči tlaku a nízkých nákladů.
Kovová plniva mají vysokou pevnost a dobrou smáčivost. Keramika má ještě vyšší smáčivost, ale není tak pevná. Plastové jsou dostatečně pevné, ale při nízkém průtoku špatně smáčejí. Vzhledem k tomu, že keramická plniva jsou odolná vůči korozi, používají se při zvýšených teplotách, kterým plast nemůže odolat.
Obalové trysky jsou strukturované pletivo, jehož rozměry odpovídají průměru kolony. Poskytuje dlouhé kanály pro proudění kapalin a par. Jsou dražší, ale umožňují snížit poklesy tlaku. Paketové trysky jsou preferovány při nízkém průtoku a za podmínek nízkého tlaku. Obvykle jsou vyrobeny ze dřeva, plechu nebo tkané síťoviny.
Používá se při regeneraci rozpouštědel a petrochemickém průmyslu.
Destilace v destilační koloně
Nejrozšířenější typ sloupce. Počet desek závisí na požadované čistotě a složitosti separace. Ovlivňuje výšku destilační kolony.
Princip jeho fungování je následující. Směs se přivádí uprostřed výšky kolony. Rozdíl v koncentraci způsobuje, že méně těkavé složky procházejí z proudu páry do proudu kapaliny. Plyn opouštějící kondenzátor obsahuje nejvíce těkavých látek, zatímco méně těkavé látky opouštějí ohřívač do proudu kapaliny.
Geometrie desek v koloně ovlivňuje stupeň a typ kontaktu mezi různými fázovými stavy směsi. Konstrukčně jsou to síto, ventil, uzávěr, mřížka, kaskáda atd. Pro zajištění vysokého výkonu při nízkých nákladech se používají sítové misky, které mají otvory pro páru. Levnější ventilové žlaby, ve kterých jsou otvory opatřeny otevíracími a uzavíracími ventily, jsou náchylné k zanášení vlivem nánosu materiálu. Uzávěry jsou vybaveny uzávěry, které umožňují, aby pára procházela kapalinou malými otvory. Jedná se o nejpokročilejší a nejdražší technologii, efektivní při nízkých průtokech. Tekutina proudí z jednoho zásobníku do druhého vertikálním odtokovým potrubím.
Tabulkové kolony se často používají k regeneraci rozpouštědel z procesního odpadu. Používají se také k regeneraci metanolu při sušení. Voda vychází jako kapalný produkt a těkavý organický odpad přechází do plynné fáze. Taková je destilace v destilační koloně.
Kryogenní destilace
Kryogenní destilace je aplikace obecných metod destilace na plyny ochlazené do kapalného stavu. Systém pracuje při teplotách pod -150 °C. K tomu se používají tepelné výměníky a spirály. Celá struktura se nazývá kryogenní blok. Zkapalněné plyny vstupují do jednotky a jsou destilovány při velmi nízkých teplotách. Kryogenní destilační kolony lze balit a balit. Upřednostňuje se dávkové provedení, protože sypký materiál je méně účinný při nízkých teplotách.
Jednou z hlavních aplikací kryogenní destilace je separace vzduchu na jednotlivé plyny.
Extrakční destilace
Extrakční destilace využívá další sloučeniny, které působí jako rozpouštědlo ke změně relativní těkavosti jedné ze složek směsi. V extrakční koloně se k látkám, které se mají oddělit, přidá rozpouštědlo. Složka vstupního proudu, která má být regenerována, se spojí s rozpouštědlem a vystupuje v kapalné fázi. Druhá složka se odpaří a jde do destilátu. Druhý běh dodalší sloupec umožňuje separaci látky od rozpouštědla, které se pak vrátí do předchozí fáze, kde se cyklus opakuje.
Extrakční destilace se používá k oddělení sloučenin s blízkými body varu a azeotropních směsí. Extrakční destilace není v průmyslu tak rozšířená jako klasická destilace kvůli složitosti konstrukce. Příkladem je proces získávání celulózy. Organické rozpouštědlo oddělí celulózu od ligninu a druhou destilací se získá čistá látka.
