Was ist Destillation? Dies ist der Prozess der Umwandlung einer Flüssigkeit in Dampf, der dann wieder in flüssige Form kondensiert. Das einfachste Beispiel ist die Destillation von Wasser, bei der Dampf aus einem Wasserkocher als Tropfen auf einer k alten Oberfläche abgeschieden wird.
Bewerbung und Verlauf
Destillation wird verwendet, um Flüssigkeiten von nichtflüchtigen Feststoffen zu trennen, wie bei der Destillation von Spirituosen aus fermentierten Materialien, oder um zwei oder mehr Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Siedepunkten zu trennen, wie bei der Herstellung von Benzin, Kerosin und Schmiermitteln aus Erdöl. Weitere industrielle Anwendungen sind die Verarbeitung von Chemikalien wie Formaldehyd und Phenol sowie die Meerwasserentsalzung.
Der Destillationsprozess wurde wahrscheinlich von alten Experimentatoren verwendet. Aristoteles (384-322 v. Chr.) erwähnte, dass reines Wasser durch Verdunstung von Meerwasser gewonnen werden kann. Plinius der Ältere (23-79 n. Chr.) beschrieb eine primitive Methode der Kondensation, bei der durch Erhitzen von Kolophonium gewonnenes Öl auf darauf gelegter Wolle gesammelt wirdDestillierkolben.
Einfache Destillation
Die meisten Destillationsmethoden, die in Industrie und Laborforschung verwendet werden, sind Variationen der einfachen Destillation. Diese grundlegende Technologie verwendet einen Würfel oder eine Retorte, in der die Flüssigkeit erhitzt wird, einen Kondensator zum Kühlen des Dampfs und ein Gefäß zum Sammeln des Destillats. Beim Erhitzen eines Stoffgemisches wird zuerst der flüchtigste oder der mit dem niedrigsten Siedepunkt destilliert, dann werden die anderen destilliert oder gar nicht destilliert. Eine solche einfache Vorrichtung eignet sich hervorragend zum Reinigen von Flüssigkeiten, die nichtflüchtige Komponenten enth alten, und ist sehr effektiv zum Trennen von Substanzen mit unterschiedlichen Siedepunkten. Für den Laboreinsatz sind Teile der Apparatur meist aus Glas und mit Stopfen, Gummischläuchen oder Glasröhrchen verbunden. Im industriellen Maßstab werden Geräte aus Metall oder Keramik hergestellt.
Fraktionierte Destillation
Eine Methode namens fraktionierte oder differenzielle Destillation wurde für die Ölraffination entwickelt, da eine einfache Destillation zur Trennung von Flüssigkeiten, deren Siedepunkte sich nur geringfügig unterscheiden, ineffizient ist. In diesem Fall kondensieren und verdunsten die Dämpfe wiederholt in einem isolierten vertikalen Behälter. Eine besondere Rolle spielen hier Trockendämpfer, fraktionierte Kolonnen und Kondensatoren, die es ermöglichen, einen Teil des Kondensats wieder in die Brennblase zurückzuführen. Ziel ist es, damit einen engen Kontakt zwischen den aufsteigenden unterschiedlichen Phasen des Gemisches zu erreichennur die flüchtigsten Fraktionen in Form von Dampf erreichten den Auffangbehälter, und der Rest kehrte in Form einer Flüssigkeit in Richtung des Würfels zurück. Die Reinigung von flüchtigen Bestandteilen als Ergebnis des Kontakts zwischen solchen Gegenströmen wird Rektifikation oder Anreicherung genannt.
Mehrfachdestillation
Diese Methode wird auch als mehrstufige Entspannungsverdampfung bezeichnet. Dies ist eine andere Art der einfachen Destillation. Es wird beispielsweise zum Destillieren von Wasser in großen kommerziellen Entsalzungsanlagen verwendet. Um Flüssigkeit in Dampf umzuwandeln, ist keine Erwärmung erforderlich. Es fließt einfach von einem Behälter mit hohem atmosphärischem Druck in einen Behälter mit niedrigerem Druck. Dies führt zu einer schnellen Verdampfung, begleitet von der Kondensation von Dampf zu Flüssigkeit.
Vakuumdestillation
Eine Variation des Unterdruckverfahrens verwendet eine Vakuumpumpe, um ein Vakuum zu erzeugen. Diese als „Vakuumdestillation“bezeichnete Methode wird manchmal bei Substanzen angewendet, die normalerweise bei hohen Temperaturen sieden oder sich beim Kochen unter normalen Bedingungen zersetzen.
Vakuumpumpen erzeugen einen Druck in der Säule, der viel niedriger ist als der atmosphärische Druck. Zusätzlich werden Vakuumregler verwendet. Eine sorgfältige Kontrolle der Parameter ist sehr wichtig, da die Trenneffizienz von der Differenz der relativen Flüchtigkeit bei einer gegebenen Temperatur und einem gegebenen Druck abhängt. Eine Änderung dieser Einstellung kann den Fortschritt des Vorgangs beeinträchtigen.
Vakuumdestillation ist in Raffinerien bekannt. Herkömmliche Destillationsverfahren trennenleichte Kohlenwasserstoffe und Verunreinigungen aus schweren Kohlenwasserstoffen. Das Restprodukt wird einer Vakuumdestillation unterzogen. Dadurch ist es möglich, hochsiedende Kohlenwasserstoffe wie Öle und Wachse bei niedrigen Temperaturen abzutrennen. Das Verfahren wird auch bei der Trennung wärmeempfindlicher organischer Chemikalien und bei der Rückgewinnung organischer Lösungsmittel eingesetzt.
Was ist Wasserdampfdestillation?
Wasserdampfdestillation ist ein alternatives Destillationsverfahren bei Temperaturen unterhalb des normalen Siedepunktes. Es wird verwendet, wenn die destillierte Substanz nicht mischbar ist und nicht chemisch mit Wasser reagiert. Beispiele für solche Materialien sind Fettsäuren und Sojabohnenöl. Bei der Destillation wird Dampf in die Flüssigkeit eingebracht, wodurch diese erhitzt und verdampft wird.
Destillation in einer Füllkörperkolonne
Obwohl Füllkörperkolonnen am häufigsten zur Absorption verwendet werden, werden sie auch zur Destillation von Dampf-Flüssigkeits-Gemischen verwendet. Dieses Design bietet eine große Kontaktfläche, was die Effizienz des Systems erhöht. Ein anderer Name für eine solche Struktur ist Destillationskolonne.
Das Funktionsprinzip ist wie folgt. Das Rohgemisch aus Komponenten mit unterschiedlicher Flüchtigkeit wird der Kolonnenmitte zugeführt. Die Flüssigkeit fließt durch die Düse nach unten und der Dampf bewegt sich nach oben. Das Gemisch am Boden des Tanks tritt in den Vorwärmer ein und tritt mit Dampf aus. Das Gas strömt nach oben durch die Packung, nimmt die flüchtigsten Bestandteile der Flüssigkeit auf, verlässt die Säule und tritt in den Kondensator ein. Nach der Verflüssigung tritt das Produkt einin den Schleimsammler, wo er in ein Destillat und eine für die Bewässerung verwendete Fraktion getrennt wird.
Unterschiedliche Konzentrationen führen dazu, dass weniger flüchtige Komponenten aus der Dampfphase in die flüssige Phase übergehen. Die Düse erhöht die Kontaktdauer und Kontaktfläche, was die Abscheideleistung erhöht. Am Auslass enthält der Dampf die maximale Menge an flüchtigen Bestandteilen, während ihre Konzentration in der Flüssigkeit minimal ist.
Düsen werden lose und in Paketen abgefüllt. Die Form des Füllstoffs kann entweder zufällig oder geometrisch strukturiert sein. Es besteht aus einem inerten Material wie Ton, Porzellan, Kunststoff, Keramik, Metall oder Graphit. Der Füllstoff hat typischerweise Abmessungen von 3 bis 75 mm und hat einen großen Oberflächenbereich in Kontakt mit dem Dampf-Flüssigkeits-Gemisch. Die Massenabfüllung hat den Vorteil eines hohen Durchsatzes, einer hohen Druckbeständigkeit und geringen Kosten.
Metallfüllstoffe haben eine hohe Festigkeit und eine gute Benetzbarkeit. Keramiken haben eine noch höhere Benetzbarkeit, sind aber nicht so stark. Die aus Kunststoff sind stark genug, benetzen aber bei niedrigen Durchflussraten nicht gut. Da keramische Füllstoffe korrosionsbeständig sind, werden sie bei erhöhten Temperaturen eingesetzt, denen Kunststoff nicht standh alten kann.
Paketdüsen sind ein strukturiertes Netz, dessen Abmessungen dem Durchmesser der Säule entsprechen. Bietet lange Kanäle für Flüssigkeits- und Dampfströme. Sie sind teurer, ermöglichen es Ihnen jedoch, Druckabfälle zu reduzieren. Paketdüsen werden bei niedrigen Durchflussraten und unter Niederdruckbedingungen bevorzugt. Sie bestehen in der Regel aus Holz, Blech oder Gewebe.
Wird in der Lösungsmittelrückgewinnung und der petrochemischen Industrie verwendet.
Destillation in Destillationskolonne
Der am weitesten verbreitete Sp altentyp. Die Anzahl der Böden richtet sich nach der gewünschten Reinheit und dem Aufwand der Trennung. Es wirkt sich auf die Höhe der Destillationskolonne aus.
Das Funktionsprinzip ist wie folgt. Die Mischung wird in der Mitte der Höhe der Kolonne zugeführt. Der Konzentrationsunterschied bewirkt, dass die weniger flüchtigen Komponenten aus dem Dampfstrom in den Flüssigkeitsstrom übergehen. Das den Kondensator verlassende Gas enthält die flüchtigsten Substanzen, während die weniger flüchtigen Substanzen durch den Erhitzer in den Flüssigkeitsstrom austreten.
Die Geometrie der Böden in der Kolonne beeinflusst den Grad und die Art des Kontakts zwischen verschiedenen Phasenzuständen der Mischung. Strukturell sind sie Sieb, Ventil, Kappe, Gitter, Kaskade usw. Siebböden, die Löcher für Dampf haben, werden verwendet, um eine hohe Leistung bei geringen Kosten bereitzustellen. Billigere Ventilböden, bei denen die Öffnungen mit Öffnungs- und Schließventilen versehen sind, neigen zu Verstopfungen durch Materialanhaftungen. Kappen sind mit Kappen ausgestattet, die es Dampf ermöglichen, durch winzige Löcher durch die Flüssigkeit zu dringen. Dies ist die fortschrittlichste und teuerste Technologie, die bei niedrigen Durchflussraten effektiv ist. Die Flüssigkeit fließt von einem Boden zum anderen durch die vertikalen Abflussrohre.
Tischsäulen werden häufig zur Rückgewinnung von Lösungsmitteln aus Prozessabfällen verwendet. Sie werden auch verwendet, um Methanol in einem Trocknungsvorgang zurückzugewinnen. Wasser tritt als flüssiges Produkt aus und flüchtige organische Abfälle gehen in die Dampfphase über. Das ist die Destillation in einer Destillationskolonne.
kryogene Destillation
Kryogene Destillation ist die Anwendung allgemeiner Destillationsmethoden auf Gase, die in einen flüssigen Zustand abgekühlt werden. Das System arbeitet bei Temperaturen unter -150 °C. Dazu werden Wärmetauscher und Schlangen verwendet. Die gesamte Struktur wird als kryogener Block bezeichnet. Verflüssigte Gase treten in die Einheit ein und werden bei sehr niedrigen Temperaturen destilliert. Kryogene Destillationskolonnen können gepackt und verpackt werden. Batch-Design wird bevorzugt, da Schüttgut bei niedrigen Temperaturen weniger effektiv ist.
Eine der Hauptanwendungen der kryogenen Destillation ist die Zerlegung von Luft in ihre Bestandteile.
Extraktive Destillation
Die extraktive Destillation verwendet zusätzliche Verbindungen, die als Lösungsmittel wirken, um die relative Flüchtigkeit einer der Komponenten der Mischung zu verändern. In der Extraktivkolonne wird den zu trennenden Stoffen ein Lösungsmittel zugesetzt. Die wiederzugewinnende Komponente des Beschickungsstroms verbindet sich mit dem Lösungsmittel und tritt in flüssiger Phase aus. Die andere Komponente verdampft und geht ins Destillat. Zweiter Lauf zueine weitere Säule ermöglicht die Trennung der Substanz vom Lösungsmittel, das dann zur vorherigen Stufe zurückkehrt, um den Zyklus zu wiederholen.
Extraktive Destillation wird verwendet, um Verbindungen mit ähnlichen Siedepunkten und azeotrope Gemische zu trennen. Die extraktive Destillation ist in der Industrie aufgrund der Komplexität des Designs nicht so weit verbreitet wie die konventionelle Destillation. Ein Beispiel ist der Prozess der Gewinnung von Zellulose. Das organische Lösungsmittel trennt die Zellulose vom Lignin und eine zweite Destillation liefert eine reine Substanz.
