Vakumla damıtma - Vacuum distillation

Şekil 1: Atmosfer basıncında, dimetil sülfoksit 189 °C'de kaynar. Buradaki vakum aparatında, sadece 70 °C'de soldaki bağlı alıcı balona damıtılır.

Vakumlu damıtma , ortam basınçlarında kolayca damıtılmayan bileşiklerin saflaştırılmasına veya sadece zaman veya enerji tasarrufuna olanak sağlayan, indirgenmiş basınç altında gerçekleştirilen damıtmadır . Bu teknik, bileşikleri kaynama noktalarındaki farklılıklara göre ayırır. Bu teknik, istenen bileşiğin kaynama noktasının elde edilmesinin zor olduğu veya bileşiğin bozulmasına neden olacağı durumlarda kullanılır. Azaltılmış basınçlar bileşiklerin kaynama noktasını düşürür. Kaynama noktasındaki azalma , Clausius–Clapeyron ilişkisi kullanılarak bir sıcaklık-basınç nomografı kullanılarak hesaplanabilir .

Laboratuvar ölçekli uygulamalar

150 °C'den düşük kaynama noktasına sahip bileşikler tipik olarak ortam basıncında damıtılır. Yüksek kaynama noktalarına sahip numuneler için genellikle kısa yollu damıtma aparatı kullanılır. Bu teknik, Organik Sentez'de fazlasıyla gösterilmiştir.

döner buharlaşma

Döner buharlaştırma , bir bileşiği çözeltiden konsantre etmek veya izole etmek için laboratuvarlarda kullanılan yaygın bir tekniktir. Birçok çözücü uçucudur ve döner buharlaştırma kullanılarak kolayca buharlaştırılabilir. Daha az uçucu çözücüler, yüksek vakum altında ve ısıtma ile döner buharlaştırma ile uzaklaştırılabilir. Ayrıca çevre düzenleyici kurumlar tarafından boya, kaplama ve mürekkeplerdeki solvent miktarını belirlemek için kullanılır.

Güvenlik hususları

Cam eşyalar vakum basıncı altındayken güvenlik önemli bir husustur. Vakum uygulandığında çizikler ve çatlaklar patlamalara neden olabilir. Züccaciyeyi mümkün olduğunca bantla sarmak, bir patlama durumunda cam kırıklarının tehlikeli şekilde dağılmasını önlemeye yardımcı olur.

Endüstriyel ölçekli uygulamalar

Şekil 2: Petrol rafinerilerinde kullanılan tipik bir kuru vakum damıtma kolonunun basitleştirilmiş animasyonu
Şekil 3: Fawley petrol rafinerisindeki büyük ölçekli vakum damıtma kulesi

Endüstriyel ölçekli vakum damıtmanın çeşitli avantajları vardır. Yakın kaynama karışımları , temel bileşenleri ayırmak için birçok denge aşaması gerektirebilir . Gerekli aşama sayısını azaltmak için bir araç, vakumlu damıtma kullanmaktır. Tipik olarak petrol rafinerilerinde kullanılan vakumlu damıtma kolonları (Şekil 2 ve 3'te gösterildiği gibi), yaklaşık 14 metreye (46 fit) kadar değişen çaplara, yaklaşık 50 metreye (164 fit) kadar değişen yüksekliklere ve yaklaşık 25.400'e kadar değişen besleme hızlarına sahiptir. günde metreküp (günde 160.000 varil).

Vakumla damıtma, ayırmayı şu yollarla iyileştirebilir:

  • Kule taban sıcaklıklarının düşmesine neden olan düşük basınç nedeniyle ürün bozulmasının veya polimer oluşumunun önlenmesi,
  • Özellikle tepsiler yerine paketleme kullanılan kolonlarda azalan ortalama kalış süresi nedeniyle ürün bozulması veya polimer oluşumunun azaltılması .
  • Artan kapasite, verim ve saflık.

Vakum damıtmanın bir başka avantajı, biraz daha fazla işletme maliyeti pahasına düşük sermaye maliyetidir. Vakum damıtmanın kullanılması, yüksekliği ve çapı ve dolayısıyla bir damıtma kolonunun sermaye maliyetini azaltabilir.

Petrol rafinasyonunda vakumlu damıtma

Petrol ham petrolü , genellikle molekül başına 3 ila 60 karbon atomuna sahip yüzlerce farklı hidrokarbon bileşiğinin karmaşık bir karışımıdır , ancak bu aralığın dışında az miktarda hidrokarbon olabilir. Ham petrolün rafine edilmesi, gelen ham petrolün atmosferik basıncın biraz üzerindeki basınçlarda çalışan atmosferik damıtma sütununda damıtılmasıyla başlar .

Vakum damıtma ayrıca "düşük sıcaklıkta damıtma" olarak da ifade edilebilir.

Ham petrolün damıtılmasında, ham petrolün 370 ila 380 °C'nin üzerindeki sıcaklıklara maruz bırakılmaması önemlidir, çünkü ham petroldeki yüksek moleküler ağırlıklı bileşenler, bunun üzerindeki sıcaklıklarda termal parçalanmaya uğrayacak ve petrol kokunu oluşturacaktır. Kok oluşumu , ham petrol damıtma kolonuna giden besleme akışını ısıtan fırındaki tüplerin tıkanmasıyla sonuçlanacaktır . Tıkanma , kolonun kendisinde olduğu gibi fırından damıtma kolonuna giden borularda da meydana gelebilir .

Kolon giriş ham petrolünün 370 ila 380 °C'den daha düşük bir sıcaklıkla sınırlandırılmasıyla getirilen kısıtlama, atmosferik damıtma kolonunun tabanından tamamen 370 ila 380 °C'nin üzerinde kaynayan hidrokarbonlardan oluşan bir artık yağ verir.

Atmosferik damıtma kolonundan kalan yağı daha fazla damıtmak için, damıtma , çalışma sıcaklığını 370 ila 380 °'den daha az olacak şekilde sınırlandırmak için 10 ila 40 mmHg / Torr (yaklaşık %5 atmosfer basıncı) kadar düşük mutlak basınçlarda gerçekleştirilmelidir. C.

Şekil 2, kolonun iç kısımlarını gösteren bir petrol rafinerisi vakumlu damıtma kolonunun basitleştirilmiş bir işlem diyagramıdır ve Şekil 3, bir petrol rafinerisindeki büyük bir vakumlu damıtma kolonunun fotoğrafıdır.

Bir vakum damıtma kolonundaki 10 ila 40 mmHg mutlak basınç, damıtılmış sıvı hacmi başına oluşan buhar hacmini arttırır. Sonuç, bu tür kolonların çok büyük çaplara sahip olmasıdır.

Resim 1 ve 2'deki gibi damıtma kolonları, 15 metre veya daha fazla çapa, yaklaşık 50 metreye kadar değişen yüksekliklere ve günde yaklaşık 25.400 metreküpe (günde 160.000 varil) kadar değişen besleme hızlarına sahip olabilir.

Vakum damıtma kolonunun iç kısımları, iyi bir buhar-sıvı teması sağlarken aynı zamanda kolonun tepesinden aşağıya doğru çok düşük bir basınç artışı sağlamalıdır. Bu nedenle, vakum kolonu, yalnızca ürünlerin kolonun yanından çekildiği ( yan çekmeler olarak anılır ) damıtma tepsilerini kullanır . Kolonun çoğu , buhar-sıvı teması için paketleme malzemesi kullanır , çünkü bu tür paketleme, damıtma tepsilerinden daha düşük bir basınç düşüşüne sahiptir. Bu ambalaj malzemesi, yapılandırılmış sac veya Raschig halkaları gibi rastgele dökülen ambalajlar olabilir .

Vakum kolonundaki 10 ila 40 mmHg'lik mutlak basınç, çoğunlukla çok aşamalı buhar püskürtme ejektörleri kullanılarak elde edilir .

Petrol arıtma endüstrisi dışındaki birçok endüstri, çok daha küçük ölçekte vakum damıtma kullanır. Eski Noma şefleri tarafından kurulan bir içki fabrikası olan Kopenhag merkezli Ampirical Spirits, benzersiz aromalı alkollü içkiler yaratmak için bu süreci kullanıyor. Onların amiral gemisi ruhu Helena, Pilsner Malt ve Belçika Saison Mayasının yanı sıra Koji kullanılarak yaratıldı.

Büyük ölçekli su arıtma

Vakumlu damıtma genellikle büyük endüstriyel tesislerde tatlı su üretmek için okyanus suyundan tuzu ayırmanın etkili bir yolu olarak kullanılır. Bu tuzdan arındırma olarak bilinir . Okyanus suyu, kaynama noktasını düşürmek için bir vakum altına yerleştirilir ve tatlı suyun kaynamasını ve yoğunlaşmasını sağlayan bir ısı kaynağı uygulanır. Su buharının yoğunlaşması, su buharının vakum odasını doldurmasını engeller ve etkinin vakum basıncı kaybı olmadan sürekli olarak devam etmesini sağlar. Su buharından alınan ısı, bir soğutucu tarafından uzaklaştırılır ve ön ısıtmak için gelen okyanus suyuna iletilir. Bu, enerji gereksinimini azaltır ve azaltılmış ısı ve yakıt kullanımı gereksinimi nedeniyle çok daha yüksek verim sağlar. Bazı damıtma biçimleri kondansatör kullanmaz, bunun yerine buharı bir pompa ile mekanik olarak sıkıştırır. Bu , buhardan gelen ısıyı yoğunlaştıran ve ısının geri döndürülmesine ve gelen arıtılmamış su kaynağı tarafından yeniden kullanılmasına izin veren bir ısı pompası görevi görür . Suyun vakumla damıtılmasının çeşitli biçimleri vardır, en yaygınları çok etkili damıtma , buhar sıkıştırmalı tuzdan arındırma ve çok aşamalı flaş damıtmadır .

moleküler damıtma

Moleküler damıtma , 0,01 torr (1.3 Pa) basıncının altında vakumla damıtmadır. 0.01 torr, sıvıların serbest moleküler akış rejiminde olduğu, yani moleküllerin ortalama serbest yolunun ekipmanın boyutuyla karşılaştırılabilir olduğu durumlarda, yüksek vakumun bir büyüklük sırasıdır . Gaz fazı artık buharlaştırılacak madde üzerinde önemli bir basınç uygulamaz ve sonuç olarak buharlaşma hızı artık basınca bağlı değildir. Yani, akışkanlar dinamiğinin süreklilik varsayımları artık geçerli olmadığından, kütle aktarımı akışkanlar dinamiği yerine moleküler dinamik tarafından yönetilir. Bu nedenle, tipik olarak, bir besleme filmi ile kaplanmış bir sıcak plakayı, aralarında bir görüş hattı olan bir soğuk plakanın yanına asarak, sıcak yüzey ve soğuk yüzey arasında kısa bir yol gereklidir.

Moleküler damıtma, endüstriyel olarak yağların saflaştırılması için kullanılır.

Galeri

Ayrıca bakınız

Referanslar

Bu makale , Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Unported Lisansı altında lisanslanan ancak GFDL kapsamında olmayan Citizendium makalesi " Vakum damıtma " materyalini içermektedir .

Dış bağlantılar