Què és la destil·lació? Aquest és el procés de convertir un líquid en vapor, que després es torna a condensar en forma líquida. L'exemple més senzill és la destil·lació d'aigua, on el vapor d'una tetera es diposita com a gotes sobre una superfície freda.
Aplicació i historial
La destil·lació s'utilitza per separar líquids de sòlids no volàtils, com en la destil·lació d'alcohols de materials fermentats, o per separar dos o més líquids amb diferents punts d'ebullició, com en la fabricació de gasolina, querosè i lubricants. del petroli. Altres aplicacions industrials inclouen el processament de productes químics com el formaldehid i el fenol i la dessalinització d'aigua de mar.
El procés de destil·lació probablement va ser utilitzat pels experimentadors antics. Aristòtil (384-322 aC) va esmentar que es pot obtenir aigua pura evaporant l'aigua del mar. Plini el Vell (23-79 dC) va descriure un mètode primitiu de condensació en què l'oli obtingut escalfant la colofonia es recull sobre llana col·locada a sobrealambic.
Destil·lació simple
La majoria dels mètodes de destil·lació utilitzats en la investigació industrial i de laboratori són variacions de la destil·lació simple. Aquesta tecnologia bàsica utilitza un cub o rèplica en què s'escalfa el líquid, un condensador per refredar el vapor i un recipient per recollir el destil·lat. Quan s'escalfa una mescla de substàncies, primer es destil·la la més volàtil d'elles, o la que té el punt d'ebullició més baix, i després les altres es destil·len, o no es destil·len gens. Un aparell tan senzill és excel·lent per purificar líquids que contenen components no volàtils i és força eficaç per separar substàncies amb diferents punts d'ebullició. Per a ús de laboratori, les parts de l'aparell solen estar fetes de vidre i connectades amb taps, mànegues de goma o tubs de vidre. A escala industrial, l'equip està fet de metall o ceràmica.
Destil·lació fraccionada
Un mètode anomenat destil·lació fraccionada, o diferencial, es va desenvolupar per al refinament del petroli perquè la destil·lació simple per separar líquids els punts d'ebullició dels quals difereixen poc és ineficient. En aquest cas, els vapors es condensen i s'evaporen repetidament en un recipient vertical aïllat. Aquí hi tenen un paper especial els vapors secs, les columnes fraccionades i els condensadors, que permeten retornar part del condensat de nou a l'alambin. L'objectiu és aconseguir un contacte estret entre les diferents fases ascendents de la mescla de manera quenomés les fraccions més volàtils en forma de vapor arribaven al receptor, i la resta tornaven en forma de líquid cap al cub. La purificació de components volàtils com a resultat del contacte entre aquests contracorrents s'anomena rectificació o enriquiment.
Destil·lació múltiple
Aquest mètode també s'anomena evaporació flash multietapa. Aquest és un altre tipus de destil·lació simple. S'utilitza, per exemple, per destil·lar aigua a les grans dessalinitzadores comercials. La conversió de líquid a vapor no requereix escalfament. Simplement flueix d'un recipient amb alta pressió atmosfèrica a un recipient amb menor pressió. Això condueix a una evaporació ràpida, acompanyada de la condensació del vapor en líquid.
Destil·lació al buit
Una variació del procés de pressió reduïda utilitza una bomba de buit per crear un buit. Aquest mètode, anomenat "destil·lació al buit", s'utilitza de vegades amb substàncies que normalment bullen a altes temperatures o es descomponen quan es bullen en condicions normals.
Les bombes de buit creen una pressió a la columna, que és molt inferior a la pressió atmosfèrica. A més d'ells, s'utilitzen reguladors de buit. El control acurat dels paràmetres és molt important perquè l'eficiència de separació depèn de la diferència de volatilitat relativa a una temperatura i pressió determinades. Canviar aquesta configuració pot afectar negativament el progrés del procés.
La destil·lació al buit és ben coneguda a les refineries. Els mètodes de destil·lació convencionals se separenhidrocarburs lleugers i impureses dels hidrocarburs pesats. El producte residual es sotmet a destil·lació al buit. Això permet separar els hidrocarburs d' alt punt d'ebullició com els olis i les ceres a baixes temperatures. El mètode també s'utilitza en la separació de productes químics orgànics sensibles a la calor i en la recuperació de dissolvents orgànics.
Què és la destil·lació de vapor?
La destil·lació amb vapor és un mètode alternatiu de destil·lació a temperatures inferiors al punt d'ebullició normal. S'utilitza quan la substància destil·lada és immiscible i no reacciona químicament amb l'aigua. Exemples d'aquests materials són els àcids grassos i l'oli de soja. Durant la destil·lació, s'introdueix vapor al líquid, que l'escalfa i provoca l'evaporació.
Destil·lació en una columna empaquetada
Tot i que les columnes empaquetades s'utilitzen més sovint per a l'absorció, també s'utilitzen per a la destil·lació de mescles vapor-líquid. Aquest disseny proporciona una gran superfície de contacte, la qual cosa augmenta l'eficiència del sistema. Un altre nom per a aquesta estructura és una columna de destil·lació.
El principi de funcionament és el següent. La barreja en brut de components amb diferent volatilitat s'alimenta al centre de la columna. El líquid flueix cap avall a través del broquet i el vapor es mou cap amunt. La mescla a la part inferior del dipòsit entra al preescalfador i surt amb vapor. El gas puja a través de l'embalatge, recollint els components més volàtils del líquid, surt de la columna i entra al condensador. Després de la liqüefacció, entra el producteal col·lector de flemes, on es separa en un destil·lat i una fracció utilitzada per al reg.
Les diferents concentracions fan que els components menys volàtils passin de la fase de vapor a la fase líquida. El broquet augmenta la durada i l'àrea de contacte, la qual cosa augmenta l'eficiència de separació. A la sortida, el vapor conté la màxima quantitat de components volàtils, mentre que la seva concentració en el líquid és mínima.
Els broquets s'omplen a granel i en paquets. La forma del farciment pot ser aleatòria o estructurada geomètricament. Està fet d'un material inert com argila, porcellana, plàstic, ceràmica, metall o grafit. El farciment normalment té unes dimensions de 3 a 75 mm i té una gran superfície en contacte amb la mescla vapor-líquid. L'ompliment a granel té l'avantatge d'un alt rendiment, una resistència a l' alta pressió i un baix cost.
Els farcits metàl·lics tenen una gran resistència i una bona humectabilitat. Les ceràmiques tenen una humectabilitat encara més alta, però no són tan fortes. Els de plàstic són prou forts, però no mullen bé a cabals baixos. Com que els farcits de ceràmica són resistents a la corrosió, s'utilitzen a temperatures elevades que el plàstic no pot suportar.
Els broquets de paquet són una malla estructurada, les dimensions de la qual corresponen al diàmetre de la columna. Proporciona canals llargs per a fluxos de líquid i vapor. Són més cars, però permeten reduir les caigudes de pressió. Els broquets de paquets es prefereixen a cabals baixos i en condicions de baixa pressió. Normalment es fabriquen amb fusta, xapa o malla teixida.
S'utilitza en la recuperació de dissolvents i les indústries petroquímiques.
Destil·lació a la columna de destil·lació
El tipus de columna més utilitzat. El nombre de plaques depèn de la puresa desitjada i de la complexitat de la separació. Afecta l'alçada de la columna de destil·lació.
El principi del seu funcionament és el següent. La mescla s'alimenta a la meitat de l' altura de la columna. La diferència de concentració fa que els components menys volàtils passin del corrent de vapor al corrent líquid. El gas que surt del condensador conté les substàncies més volàtils, mentre que les substàncies menys volàtils surten per l'escalfador al corrent líquid.
La geometria de les plaques de la columna afecta el grau i el tipus de contacte entre els diferents estats de fase de la mescla. Estructuralment, són garbells, vàlvules, tap, gelosia, cascada, etc. Les safates de garbell, que tenen forats per al vapor, s'utilitzen per oferir un alt rendiment a baix cost. Les safates de vàlvules més barates, en les quals les obertures estan proveïdes de vàlvules d'obertura i tancament, són propenses a l'obturació a causa de l'acumulació de material. Els taps estan equipats amb taps que permeten que el vapor passi a través del líquid a través de petits forats. Aquesta és la tecnologia més avançada i cara, efectiva a cabals baixos. El fluid flueix d'una safata a una altra per les canonades verticals de desguàs.
Les columnes de taula s'utilitzen sovint per recuperar dissolvents dels residus del procés. També s'utilitzen per recuperar metanol en una operació d'assecat. L'aigua surt com a producte líquid i els residus orgànics volàtils entren a la fase de vapor. Això és el que és la destil·lació en una columna de destil·lació.
Destil·lació criogènica
La destil·lació criogènica és l'aplicació de mètodes generals de destil·lació a gasos refrigerats fins a un estat líquid. El sistema funciona a temperatures inferiors a -150 °C. Per a això, s'utilitzen intercanviadors de calor i bobines. Tota l'estructura s'anomena bloc criogènic. Els gasos liquats entren a la unitat i es destil·len a temperatures molt baixes. Les columnes de destil·lació criogènica es poden envasar i empaquetar. Es prefereix el disseny per lots, ja que el material a granel és menys efectiu a baixes temperatures.
Una de les principals aplicacions de la destil·lació criogènica és la separació de l'aire en els seus gasos constitutius.
Destil·lació extractiva
La destil·lació extractiva utilitza compostos addicionals que actuen com a dissolvent per canviar la volatilitat relativa d'un dels components de la mescla. A la columna extractiva s'afegeix un dissolvent a les substàncies a separar. El component del corrent d'alimentació a recuperar es combina amb el dissolvent i surt a la fase líquida. L' altre component s'evapora i entra al destil·lat. Segona cursa auna altra columna permet separar la substància del dissolvent, que després torna a l'etapa anterior per repetir el cicle.
La destil·lació extractiva s'utilitza per separar compostos amb punts d'ebullició propers i mescles azeotròpiques. La destil·lació extractiva no està tan estesa a la indústria com la destil·lació convencional a causa de la complexitat del disseny. Un exemple és el procés d'obtenció de cel·lulosa. El dissolvent orgànic separa la cel·lulosa de la lignina i una segona destil·lació produeix una substància pura.
