Wat is distillatie? Dit is het proces waarbij een vloeistof wordt omgezet in damp, die vervolgens weer condenseert in vloeibare vorm. Het eenvoudigste voorbeeld is de destillatie van water, waarbij stoom uit een ketel als druppeltjes op een koud oppervlak wordt afgezet.
Toepassing en geschiedenis
Destillatie wordt gebruikt om vloeistoffen te scheiden van niet-vluchtige vaste stoffen, zoals bij de destillatie van sterke drank van gefermenteerde materialen, of om twee of meer vloeistoffen met verschillende kookpunten te scheiden, zoals bij de vervaardiging van benzine, kerosine en smeermiddelen uit aardolie. Andere industriële toepassingen zijn onder meer de verwerking van chemicaliën zoals formaldehyde en fenol en ontzilting van zeewater.
Het distillatieproces werd waarschijnlijk gebruikt door oude onderzoekers. Aristoteles (384-322 v. Chr.) vermeldde dat zuiver water kan worden verkregen door zeewater te verdampen. Plinius de Oudere (23-79 n. Chr.) beschreef een primitieve condensatiemethode waarbij olie verkregen door het verhitten van hars wordt verzameld op wol die bovenopalambiek.
Eenvoudige distillatie
De meeste distillatiemethoden die in de industrie en in laboratoriumonderzoek worden gebruikt, zijn variaties op eenvoudige distillatie. Deze basistechnologie maakt gebruik van een kubus of retort waarin de vloeistof wordt verwarmd, een condensor om de damp af te koelen en een vat om het destillaat op te vangen. Wanneer een mengsel van stoffen wordt verwarmd, wordt eerst de meest vluchtige, of degene met het laagste kookpunt, gedestilleerd, en daarna worden de andere gedestilleerd, of helemaal niet. Een dergelijk eenvoudig apparaat is uitstekend geschikt voor het zuiveren van vloeistoffen die niet-vluchtige componenten bevatten, en is zeer effectief voor het scheiden van stoffen met verschillende kookpunten. Voor laboratoriumgebruik zijn delen van het apparaat meestal gemaakt van glas en verbonden met stoppen, rubberen slangen of glazen buizen. Op industriële schaal is apparatuur gemaakt van metaal of keramiek.
Fractionele distillatie
Een methode die fractionele of differentiële destillatie wordt genoemd, is ontwikkeld voor olieraffinage, omdat eenvoudige destillatie om vloeistoffen te scheiden waarvan het kookpunt weinig verschilt, inefficiënt is. In dit geval condenseren de dampen herhaaldelijk en verdampen ze in een geïsoleerde verticale container. Een speciale rol wordt hier gespeeld door droge stoomboten, fractionele kolommen en condensors, die het mogelijk maken om een deel van het condensaat terug te voeren naar de destillatieketel. Het doel is om een nauw contact tussen de stijgende verschillende fasen van het mengsel te bereiken, zodat:alleen de meest vluchtige fracties in de vorm van een damp bereikten de ontvanger, en de rest keerde terug in de vorm van een vloeistof naar de kubus. Zuivering van vluchtige componenten als gevolg van contact tussen dergelijke tegenstromen wordt rectificatie of verrijking genoemd.
Meervoudige distillatie
Deze methode wordt ook wel meertraps flitsverdamping genoemd. Dit is een ander soort eenvoudige distillatie. Het wordt bijvoorbeeld gebruikt om water te destilleren in grote commerciële ontziltingsinstallaties. Het omzetten van vloeistof in damp vereist geen verwarming. Het stroomt eenvoudigweg van een container met hoge atmosferische druk naar een container met lagere druk. Dit leidt tot snelle verdamping, vergezeld van de condensatie van damp in vloeistof.
Vacuümdestillatie
Een variant van het verlaagde drukproces maakt gebruik van een vacuümpomp om een vacuüm te creëren. Deze methode, "vacuümdestillatie" genoemd, wordt soms gebruikt bij stoffen die normaal koken bij hoge temperaturen of ontleden wanneer ze onder normale omstandigheden worden gekookt.
Vacuümpompen creëren druk in de kolom, die veel lager is dan de atmosferische druk. Daarnaast worden vacuümregelaars gebruikt. Zorgvuldige controle van de parameters is erg belangrijk omdat het scheidingsrendement afhangt van het verschil in relatieve vluchtigheid bij een gegeven temperatuur en druk. Het wijzigen van deze instelling kan de voortgang van het proces nadelig beïnvloeden.
Vacuümdestillatie is een begrip in raffinaderijen. Conventionele distillatiemethoden gescheidenlichte koolwaterstoffen en onzuiverheden van zware koolwaterstoffen. Het restproduct wordt onderworpen aan vacuümdestillatie. Dit maakt het mogelijk om hoogkokende koolwaterstoffen zoals oliën en wassen bij lage temperaturen te scheiden. De methode wordt ook gebruikt bij de scheiding van warmtegevoelige organische chemicaliën en bij het terugwinnen van organische oplosmiddelen.
Wat is stoomdestillatie?
Stoomdestillatie is een alternatieve destillatiemethode bij temperaturen onder het normale kookpunt. Het wordt gebruikt wanneer de gedestilleerde stof niet mengbaar is en niet chemisch reageert met water. Voorbeelden van dergelijke materialen zijn vetzuren en sojaolie. Tijdens destillatie wordt stoom in de vloeistof gebracht, die deze verwarmt en verdamping veroorzaakt.
Destillatie in een gepakte kolom
Hoewel gepakte kolommen meestal worden gebruikt voor absorptie, worden ze ook gebruikt voor de destillatie van damp-vloeistofmengsels. Dit ontwerp zorgt voor een groot contactoppervlak, wat de efficiëntie van het systeem verhoogt. Een andere naam voor een dergelijke structuur is een destillatiekolom.
Het werkingsprincipe is als volgt. Het ruwe mengsel van componenten met verschillende vluchtigheid wordt naar het midden van de kolom gevoerd. De vloeistof stroomt door het mondstuk naar beneden en de damp gaat omhoog. Het mengsel op de bodem van de tank komt de voorverwarmer binnen en verlaat het met stoom. Het gas snelt omhoog door de pakking, neemt de meest vluchtige componenten van de vloeistof op, verlaat de kolom en gaat de condensor binnen. Na liquefactie komt het product binnennaar de slijmvanger, waar het wordt gescheiden in een destillaat en een fractie die wordt gebruikt voor irrigatie.
Verschillende concentraties zorgen ervoor dat minder vluchtige componenten van de dampfase naar de vloeibare fase gaan. Het mondstuk verhoogt de duur en het contactoppervlak, wat de scheidingsefficiëntie verhoogt. Bij de uitlaat bevat de damp de maximale hoeveelheid vluchtige componenten, terwijl hun concentratie in de vloeistof minimaal is.
Nozzles worden in bulk en pakketten gevuld. De vorm van het vulmiddel kan willekeurig of geometrisch gestructureerd zijn. Het is gemaakt van een inert materiaal zoals klei, porselein, plastic, keramiek, metaal of grafiet. De vulstof heeft typisch afmetingen van 3 tot 75 mm en heeft een groot oppervlak in contact met het damp-vloeistofmengsel. Bulkvulling heeft het voordeel van een hoge doorvoer, hoge drukbestendigheid en lage kosten.
Metalen vulstoffen hebben een hoge sterkte en een goede bevochtigbaarheid. Keramiek heeft een nog hogere bevochtigbaarheid, maar is niet zo sterk. De plastic exemplaren zijn sterk genoeg, maar worden niet goed nat bij lage stroomsnelheden. Omdat keramische vulstoffen bestand zijn tegen corrosie, worden ze gebruikt bij hoge temperaturen die plastic niet kan weerstaan.
Pakketsproeiers zijn een gestructureerd gaas waarvan de afmetingen overeenkomen met de diameter van de kolom. Biedt lange kanalen voor vloeistof- en dampstromen. Ze zijn duurder, maar zorgen ervoor dat u de drukval kunt verminderen. Pakketmondstukken hebben de voorkeur bij lage stroomsnelheden en onder lage drukomstandigheden. Ze zijn meestal gemaakt van hout, plaatstaal of geweven gaas.
Gebruikt in de terugwinning van oplosmiddelen en de petrochemische industrie.
Destillatie in destillatiekolom
Het meest gebruikte kolomtype. Het aantal platen is afhankelijk van de gewenste zuiverheid en de complexiteit van de scheiding. Het beïnvloedt de hoogte van de destillatiekolom.
Het principe van zijn werking is als volgt. Het mengsel wordt in het midden van de hoogte van de kolom toegevoerd. Door het verschil in concentratie gaan de minder vluchtige componenten van de dampstroom naar de vloeistofstroom. Het gas dat de condensor verlaat, bevat de meest vluchtige stoffen, terwijl de minder vluchtige stoffen via de verwarming naar de vloeistofstroom gaan.
De geometrie van de platen in de kolom beïnvloedt de mate en het type contact tussen verschillende fasetoestanden van het mengsel. Structureel zijn ze zeef, klep, dop, rooster, cascade, enz. Zeefbakken, die gaten voor stoom hebben, worden gebruikt om hoge prestaties te leveren tegen lage kosten. Goedkopere ventielbakken, waarbij de openingen voorzien zijn van openende en sluitende ventielen, zijn gevoelig voor verstopping door materiaalophoping. Doppen zijn uitgerust met doppen die damp door kleine gaatjes door de vloeistof laten gaan. Dit is de meest geavanceerde en dure technologie, effectief bij lage stroomsnelheden. Vloeistof stroomt van de ene bak naar de andere door de verticale afvoerleidingen.
Tabelkolommen worden vaak gebruikt om oplosmiddelen terug te winnen uit procesafval. Ze worden ook gebruikt om methanol terug te winnen in een droogbewerking. Water komt eruit als een vloeibaar product en vluchtig organisch afval gaat in de dampfase. Dit is wat destillatie in een destillatiekolom is.
Cryogene distillatie
Cryogene destillatie is de toepassing van algemene destillatiemethoden op gassen die tot vloeibare toestand zijn afgekoeld. Het systeem werkt bij temperaturen onder -150 °C. Hiervoor worden warmtewisselaars en spoelen gebruikt. De hele structuur wordt een cryogeen blok genoemd. Vloeibare gassen komen de unit binnen en worden bij zeer lage temperaturen gedestilleerd. Cryogene destillatiekolommen kunnen worden verpakt en verpakt. Batchontwerp heeft de voorkeur omdat bulkmateriaal minder effectief is bij lage temperaturen.
Een van de belangrijkste toepassingen van cryogene distillatie is de scheiding van lucht in de samenstellende gassen.
Extractieve distillatie
Extractieve destillatie gebruikt extra verbindingen die als oplosmiddel werken om de relatieve vluchtigheid van een van de componenten van het mengsel te veranderen. In de extractiekolom wordt aan de te scheiden stoffen een oplosmiddel toegevoegd. De component van de terug te winnen voedingsstroom combineert met het oplosmiddel en komt uit in de vloeibare fase. De andere component verdampt en gaat in het destillaat. Tweede vlucht naareen andere kolom zorgt ervoor dat de stof kan worden gescheiden van het oplosmiddel, dat vervolgens terugkeert naar de vorige fase om de cyclus te herhalen.
Extractieve destillatie wordt gebruikt om verbindingen met dichte kookpunten en azeotrope mengsels te scheiden. Extractieve distillatie is niet zo wijdverbreid in de industrie als conventionele distillatie vanwege de complexiteit van het ontwerp. Een voorbeeld is het proces om cellulose te verkrijgen. Het organische oplosmiddel scheidt de cellulose van de lignine en een tweede destillatie levert een zuivere stof op.
