Vakuová destilace - Vacuum distillation

Obrázek 1: Při atmosférickém tlaku vře dimethylsulfoxid při 189 ° C. Zde ve vakuovém aparátu destiluje do připojené přijímací baňky vlevo pouze při 70 ° C.

Vakuová destilace je destilace prováděná za sníženého tlaku, což umožňuje čištění sloučenin, které nejsou snadno destilovány při okolních tlacích, nebo jednoduše za účelem úspory času nebo energie. Tato technika odděluje sloučeniny na základě rozdílů v jejich bodech varu. Tato technika se používá tam, kde je obtížné dosáhnout bodu varu požadované sloučeniny nebo způsobí rozklad sloučeniny. Snížené tlaky snižují teplotu varu sloučenin. Snížení bodu varu lze vypočítat pomocí nomografu teploty a tlaku pomocí vztahu Clausius – Clapeyron .

Laboratorní aplikace

Sloučeniny s bodem varu nižším než 150 ° C se typicky destilují za okolního tlaku. Pro vzorky s vysokými body varu se běžně používá destilační aparát s krátkou cestou. Tato technika je bohatě ilustrována v organické syntéze.

Rotační odpařování

Rotační odpařování je běžná technika používaná v laboratořích ke koncentraci nebo izolaci sloučeniny z roztoku. Mnoho rozpouštědel je těkavých a lze je snadno odpařit pomocí rotačního odpařování. I méně těkavá rozpouštědla lze odstranit rotačním odpařováním za vysokého vakua a zahříváním. Používají ho také regulační agentury pro životní prostředí ke stanovení množství rozpouštědel v barvách, nátěrech a inkoustech.

Bezpečnostní aspekty

Bezpečnost je důležitým hlediskem, když je sklo pod vakuovým tlakem. Škrábance a praskliny mohou při použití vakua způsobit imploze. Zabalení tolik skleněného zboží páskou, jak je praktické, pomáhá předcházet nebezpečnému rozptylu skleněných střepů v případě imploze.

Aplikace v průmyslovém měřítku

Obrázek 2: Zjednodušená animace typické suché vakuové destilační kolony používané v ropných rafinériích
Obrázek 3: Velkokapacitní vakuová destilační věž v ropné rafinérii Fawley

Vakuová destilace v průmyslovém měřítku má několik výhod. Směsi blízko varu mohou vyžadovat mnoho fází rovnováhy k oddělení klíčových složek. Jedním z nástrojů ke snížení počtu potřebných stupňů je použití vakuové destilace. Vakuové destilační kolony (jak je znázorněno na obrázcích 2 a 3) obvykle používané v ropných rafinériích mají průměr v rozmezí až asi 14 metrů (46 stop), výšky v rozmezí až asi 50 metrů (164 stop) a rychlosti posuvu v rozmezí až asi 25 400 kubických metrů denně (160 000 barelů denně).

Vakuová destilace může zlepšit separaci:

  • Prevence degradace produktu nebo tvorby polymeru v důsledku sníženého tlaku vedoucího k nižším teplotám dna věže,
  • Snížení degradace produktu nebo tvorby polymeru v důsledku zkrácení střední doby zdržení, zejména v kolonách s použitím náplně spíše než podnosů .
  • Zvýšení kapacity, výtěžku a čistoty.

Další výhodou vakuové destilace jsou snížené kapitálové náklady na úkor mírně vyšších provozních nákladů. Využití vakuové destilace může snížit výšku a průměr, a tím i kapitálové náklady destilační kolony.

Vakuová destilace při rafinaci ropy

Ropná ropa je komplexní směsí stovek různých uhlovodíkových sloučenin, které obecně mají od 3 do 60 atomů uhlíku na molekulu , i když mimo toto rozmezí může být malé množství uhlovodíků. Rafinace ropy začíná destilací přiváděné ropy v takzvané atmosférické destilační koloně pracující při tlacích mírně nad atmosférickým tlakem.

Vakuovou destilaci lze také označit jako „nízkoteplotní destilace“.

Při destilaci ropy je důležité, aby nebyla ropa vystavena teplotám nad 370 až 380 ° C, protože složky s vysokou molekulovou hmotností v ropě podléhají tepelnému krakování a při vyšších teplotách vytvářejí ropný koks . Tvorba koksu by měla za následek ucpání trubek v peci, které ohřívá přívodní proud do destilační kolony surové ropy. K ucpání by také mohlo dojít v potrubí z pece do destilační kolony, jakož i v samotné koloně.

Omezení uložené omezením vstupu surové ropy na kolonu na teplotu nižší než 370 až 380 ° C poskytuje zbytkový olej ze dna atmosférické destilační kolony sestávající výhradně z uhlovodíků, které se vaří nad 370 až 380 ° C.

Pro další destilaci zbytkového oleje z atmosférické destilační kolony musí být destilace prováděna při absolutních tlacích až 10 až 40 mmHg / Torr (asi 5% atmosférického tlaku), aby se provozní teplota omezila na méně než 370 až 380 ° C.

Obrázek 2 je zjednodušený diagram procesu vakuové destilační kolony pro ropnou rafinérii, který zobrazuje vnitřní části kolony a obrázek 3 je fotografie velké vakuové destilační kolony v ropné rafinérii.

Absolutní tlak 10 až 40 mmHg ve vakuové destilační koloně zvyšuje objem vytvořené páry na objem destilované kapaliny. Výsledkem je, že takové sloupy mají velmi velké průměry.

Destilační kolony, jako jsou ty na obrázcích 1 a 2, mohou mít průměr 15 metrů nebo více, výšky v rozmezí až asi 50 metrů a rychlosti posuvu v rozmezí až asi 25 400 metrů krychlových za den (160 000 barelů za den).

Vnitřky vakuové destilační kolony musí zajišťovat dobrý kontakt mezi párou a kapalinou a současně udržovat velmi nízký tlak od horní části horní části kolony ke spodní části. Proto vakuová kolona používá destilační misky pouze tam, kde jsou produkty odebírány ze strany kolony (označované jako boční tahače ). Většina kolony používá pro styk páry s kapalinou obalový materiál, protože taková náplň má nižší tlakový spád než destilační misky. Tento obalový materiál může být buď strukturovaný plech, nebo náhodně vyhozené obaly, jako jsou Raschigovy prsteny .

Absolutního tlaku 10 až 40 mmHg ve vakuové koloně je nejčastěji dosahováno použitím několika stupňů parních tryskových ejektorů .

Mnoho průmyslových odvětví, kromě odvětví rafinace ropy, používá vakuovou destilaci v mnohem menším měřítku. Empirical Spirits se sídlem v Kodani, palírna založená bývalými kuchaři Noma , používá tento proces k výrobě jedinečně ochucených lihovin. Jejich vlajkový duch, Helena, je vytvořen pomocí Koji, vedle Pilsner Malt a Belgian Saison Yeast.

Velkoobjemové čištění vody

Vakuová destilace se často používá ve velkých průmyslových závodech jako účinný způsob odstraňování soli z oceánské vody za účelem výroby sladké vody. Toto je známé jako odsolování . Oceánská voda je umístěna pod vakuem, aby se snížil její bod varu, a je zde použit zdroj tepla, který umožňuje čerstvé vodě vyvařit se a kondenzovat. Kondenzace vodní páry brání vodní páře naplnit vakuovou komoru a umožňuje efekt běžet nepřetržitě bez ztráty vakuového tlaku. Teplo odebrané z vodní páry je odebíráno chladičem a předáváno do přicházející oceánské vody, aby se předehřálo. To snižuje spotřebu energie a umožňuje mnohem vyšší účinnost díky sníženým požadavkům na teplo a spotřebu paliva. Některé formy destilace nepoužívají kondenzátory, ale místo toho páru mechanicky stlačují pomocí čerpadla. Funguje jako tepelné čerpadlo , které koncentruje teplo z páry a umožňuje, aby bylo teplo vráceno a znovu použito přicházejícím neupraveným zdrojem vody. Existuje několik forem vakuové destilace vody, přičemž nejběžnější je destilace s vícenásobným účinkem , odsolování kompresí parou a vícestupňová blesková destilace .

Molekulární destilace

Molekulární destilace je vakuová destilace pod tlakem 0,01 torr (1,3 Pa). 0,01 torru je jeden řád nad vysokým vakuem , kde jsou tekutiny v režimu volného toku molekul , tj. Střední volná dráha molekul je srovnatelná s velikostí zařízení. Plynná fáze již nevyvíjí významný tlak na látku, která má být odpařena, a v důsledku toho rychlost odpařování již nezávisí na tlaku. To znamená, že protože předpoklady kontinua dynamiky tekutin již neplatí, transport hmoty je řízen spíše molekulární dynamikou než dynamikou tekutin. Je tedy nutná krátká cesta mezi horkým povrchem a studeným povrchem, typicky zavěšením horké desky pokryté filmem krmiva vedle studené desky s přímkou ​​pohledu mezi nimi.

Molekulární destilace se průmyslově používá k čištění olejů.

Galerie

Viz také

Reference

Tento článek včlení materiál z článku CitizendiumVakuová destilace “, který je licencován pod neportovanou licencí Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0, ale nikoli pod GFDL .

externí odkazy