Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Рисунок 1: При атмосферном давлении диметилсульфоксид кипит при 189 ° C. Здесь, в вакуумном аппарате, он отгоняется в подключенную приемную колбу слева только при 70 ° C.

Вакуумная перегонка - это перегонка, выполняемая при пониженном давлении, что позволяет очищать соединения, которые трудно перегонять при атмосферном давлении, или просто для экономии времени или энергии. Этот метод разделяет соединения на основе различий в точках кипения. Этот метод используется, когда точка кипения желаемого соединения трудно достижима или вызывает разложение соединения. [1] Пониженное давление снижает температуру кипения соединений. Снижение точки кипения можно рассчитать с помощью номограммы температуры-давления с использованием соотношения Клаузиуса-Клапейрона . [2]

Приложения лабораторного масштаба [ править ]

Соединения с температурой кипения ниже 150 ° C обычно можно перегонять при атмосферном давлении. Фракционная колонка позволяет разделять соединения с близкими температурами кипения. В продаже имеется множество устройств. Помимо дистилляционного аппарата требуются вакуумный насос, источник тепла и вакуумметр. Для образцов с высокими температурами кипения обычно используется установка короткоствольной перегонки. [3] [4]

Роторное испарение [ править ]

Основная статья: Роторное испарение

Роторное испарение [5] - распространенный метод, используемый в лабораториях для концентрирования или выделения соединения из раствора. Многие растворители летучие и легко испаряются с помощью роторного испарителя. Даже менее летучие растворители могут быть удалены роторным испарением в высоком вакууме и при нагревании. Он также используется природоохранными органами для определения количества растворителей в красках, покрытиях и чернилах. [6]

Соображения безопасности [ править ]

Безопасность является важным фактором, когда посуда находится под вакуумом. Царапины и трещины могут привести к взрывам при приложении вакуума. Обмотка стеклянной посуды лентой, насколько это возможно, помогает предотвратить опасное разбрасывание осколков стекла в случае взрыва.

Промышленные приложения [ править ]

Рисунок 2: Упрощенная анимация типичной сухой вакуумной ректификационной колонны, используемой на нефтеперерабатывающих заводах.
Рисунок 3: Крупномасштабная вакуумная перегонная колонна на нефтеперерабатывающем заводе Fawley [7]

Промышленная вакуумная перегонка [8] имеет несколько преимуществ. Для близкокипящих смесей может потребоваться много ступеней равновесия для разделения ключевых компонентов. Одним из способов уменьшения количества необходимых стадий является использование вакуумной перегонки. [9] Вакуумные дистилляционные колонны (как показано на рисунках 2 и 3), обычно используемые на нефтеперерабатывающих заводах, имеют диаметр до 14 метров (46 футов), высоту до 50 метров (164 футов) и скорость подачи до примерно до 25 400 кубометров в сутки (160 000 баррелей в сутки).

Вакуумная перегонка может улучшить разделение за счет:

  • Предотвращение разложения продукта или образования полимера из-за пониженного давления, приводящего к более низким температурам нижней части колонны,
  • Снижение деградации продукта или образования полимера из-за уменьшения среднего времени пребывания, особенно в колоннах, использующих насадку, а не тарелки .
  • Повышение производительности, выхода и чистоты.

Еще одним преимуществом вакуумной перегонки является снижение капитальных затрат за счет несколько более высоких эксплуатационных затрат. Использование вакуумной перегонки может уменьшить высоту и диаметр и, следовательно, капитальные затраты на перегонную колонну.

Вакуумная перегонка в нефтепереработке [ править ]

Нефтяная нефть представляет собой сложную смесь сотен различных углеводородных соединений, обычно имеющих от 3 до 60 атомов углерода на молекулу , хотя могут быть небольшие количества углеводородов за пределами этого диапазона. [10] [11] [12] Переработка сырой нефти начинается с перегонки поступающей сырой нефти в так называемой атмосферной дистилляционной колонне, работающей при давлениях немного выше атмосферного. [8] [10] [11]

Вакуумная перегонка также может называться «низкотемпературной перегонкой».

При перегонке сырой нефти важно не подвергать сырую нефть воздействию температур выше 370–380 ° C, потому что высокомолекулярные компоненты сырой нефти будут подвергаться термическому крекингу и образовывать нефтяной кокс при температурах выше этой. Образование кокса приведет к закупорке труб в печи, которые нагревают поток сырья в колонну перегонки сырой нефти. Забивание может также произойти в трубопроводе от печи к ректификационной колонне, а также в самой колонне.

Ограничение, налагаемое ограничением температуры сырой нефти на входе в колонну до температуры ниже 370-380 ° C, дает остаточную нефть из нижней части атмосферной дистилляционной колонны, полностью состоящую из углеводородов, температура кипения которых превышает 370-380 ° C.

Для дальнейшей перегонки остаточного масла из атмосферной дистилляционной колонны перегонка должна проводиться при абсолютном давлении от 10 до 40 мм рт. Ст. / Торр (около 5% от атмосферного давления), чтобы ограничить рабочую температуру ниже 370-380 °. С.

На рисунке 2 представлена ​​упрощенная технологическая схема вакуумной дистилляционной колонны нефтеперерабатывающего завода, на которой изображено внутреннее устройство колонны, а на рисунке 3 - фотография большой вакуумной дистилляционной колонны на нефтеперерабатывающем заводе.

Абсолютное давление от 10 до 40 мм рт. Ст. В вакуумной ректификационной колонне увеличивает объем пара, образующегося на объем перегоняемой жидкости. В результате такие колонны имеют очень большой диаметр. [13]

Дистилляционные колонны, такие как те, что показаны на изображениях 1 и 2, могут иметь диаметр 15 метров и более, высоту примерно до 50 метров и скорость подачи примерно до 25 400 кубических метров в день (160 000 баррелей в день).

Внутреннее устройство вакуумной ректификационной колонны должно обеспечивать хороший контакт пара и жидкости, в то же время поддерживая очень низкое повышение давления от верха колонны к низу. Следовательно, в вакуумной колонне используются тарелки для перегонки только в том случае, если продукты выводятся сбоку из колонны (называемые боковыми отводами ). В большей части колонны используется насадочный материал для парожидкостного контакта, поскольку такая насадка имеет меньший перепад давления, чем тарелки для перегонки. Этот набивочный материал может представлять собой структурированный листовой металл или набивку произвольной формы, такую ​​как кольца Рашига .

Абсолютное давление от 10 до 40 мм рт. Ст. В вакуумной колонне чаще всего достигается за счет использования многоступенчатых пароструйных эжекторов . [14]

Многие отрасли, кроме нефтеперерабатывающей, используют вакуумную дистилляцию в гораздо меньших масштабах. Расположенная в Копенгагене винокурня Empirical Spirits [15], основанная бывшими шеф-поварами Noma [16], использует этот процесс для создания духов с уникальным вкусом. Их флагманский дух, Helena, создается с использованием коджи, солода Pilsner и бельгийских дрожжей Saison. [17]

Масштабная очистка воды [ править ]

Вакуумная дистилляция часто используется на крупных промышленных предприятиях как эффективный способ удаления соли из океанской воды с целью получения пресной воды. Это известно как опреснение.. Океанская вода помещается под вакуум, чтобы понизить ее точку кипения, и используется источник тепла, позволяющий пресной воде выкипеть и конденсироваться. Конденсация водяного пара предотвращает заполнение водяным паром вакуумной камеры и позволяет эффекту протекать непрерывно без потери вакуумного давления. Тепло, отводимое от водяного пара, отводится радиатором и передается в поступающую океанскую воду для ее предварительного нагрева. Это снижает потребность в энергии и обеспечивает гораздо более высокий КПД за счет уменьшения потребности в тепле и использовании топлива. Некоторые формы дистилляции не используют конденсаторы, а вместо этого сжимают пар механически с помощью насоса. Это действует как тепловой насос., концентрируя тепло от пара и позволяя возвращать и повторно использовать тепло поступающим источником неочищенной воды. Существует несколько форм вакуумной перегонки воды, наиболее распространенными из которых являются многоступенчатая дистилляция , опреснение с помощью сжатия пара и многоступенчатая мгновенная перегонка . [18]

Молекулярная дистилляция [ править ]

Молекулярная дистилляция - это вакуумная перегонка при давлении ниже 0,01 торр [19] (1,3 Па). 0,01 торр на порядок выше высокого вакуума , в котором жидкости находятся в режиме свободномолекулярного потока , то есть длина свободного пробега молекул сравнима с размером оборудования. [20]Газовая фаза больше не оказывает значительного давления на испаряемое вещество, и, следовательно, скорость испарения больше не зависит от давления. То есть, поскольку континуальные предположения гидродинамики больше не применимы, массоперенос определяется молекулярной динамикой, а не гидродинамикой. Таким образом, необходим короткий путь между горячей поверхностью и холодной поверхностью, обычно путем подвешивания горячей пластины, покрытой пленкой корма, рядом с холодной пластиной с прямой видимостью между ними.

Молекулярная дистилляция используется в промышленности для очистки масел. [18]

Галерея [ править ]

  • Простая установка для вакуумной дистилляции с коротким ходом

  • Kugelrohr - вакуумный дистилляционный аппарат короткого пути [21]

  • Треугольник Перкина - для вакуумной дистилляции, чувствительной к воздуху

  • Аппарат вакуумной дистилляции

См. Также [ править ]

  • Непрерывная перегонка
  • Колонна фракционирования
  • Фракционная перегонка
  • Kugelrohr

Ссылки [ править ]

  1. Перейти ↑ Hickman (1945) , pp. 205–206.
  2. ^ «Интерактивный инструмент для измерения давления и температуры» . Сигма-Олдрич . Проверено 23 марта 2018 .
  3. ^ Введение в методы органической лаборатории: подход малого масштаба Дональд Л. Павиа, Гэри М. Лэмпман, Джордж С. Криз, Рэндалл Г. Энгель. Глава 16.
  4. ^ Леонард, Дж .; Lygo, B .; Проктер, Гарри. Высшая практическая органическая химия (3-е изд.). Бока-Ратон. ISBN 9781439860977. OCLC  883131986 .
  5. ^ Работа роторного испарителя (Rotovap) (с веб-сайта Университета Британской Колумбии )
  6. ^ [1] SCAQMD Метод испытаний 302-91
  7. ^ Страница веб-сайта Энергетического института
  8. ^ a b Кистер, Генри З. (1992). Дизайн дистилляции (1-е изд.). Макгроу-Хилл. ISBN 0-07-034909-6.
  9. ^ Карл Колмец, Эндрю В. Слоули и др. (2004), Designing Distillation Columns for Vacuum Service , 11th India Oil and Gas Symposium and International Exhibition, сентябрь 2004 г., Мумбаи , Индия (также опубликовано в Hydrocarbon Processing , май 2005 г.)
  10. ^ a b Гэри, JH & Handwerk, GE (1984). Технология и экономика нефтепереработки (2-е изд.). Марсель Деккер, Inc. ISBN 0-8247-7150-8.
  11. ^ а б Леффлер, WL (1985). Нефтепереработка для нетехнических специалистов (2-е изд.). Книги PennWell. ISBN 0-87814-280-0.
  12. ^ Джеймс G, Спейт (2006). Химия и технология нефти (4-е изд.). CRC Press. 0-8493-9067-2.
  13. ^ Карл Kolmetz, Andrew W. Слолидр (2004), Проектирование ректификационные колонны для вакуумной службы , 11 Индия нефти и газа симпозиума и Международная выставка, сентябрь 2004, Мумбаи , Индия (опубликовано в переработки углеводородов , май 2005 г.)
  14. ↑ Фотогалерея. Архивировано 07 февраля 2009 г. на Wayback Machine (с веб-сайта Graham Manufacturing Company).
  15. ^ «Эмпирические духи» . empiricalspirits.co . Проверено 15 октября 2018 .
  16. ^ Кан, Хауи (2018-04-25). «Свежий взгляд на ликер от двух выпускников Noma» . Wall Street Journal . ISSN 0099-9660 . Проверено 15 октября 2018 . 
  17. ^ «Эмпирические духи» . Эмпирические духи . Проверено 15 октября 2018 .
  18. ^ a b Опреснение и очистка воды, Мурат Эйваз, Эбубекир Юксель 1988/2018. Глава 5.
  19. ^ 5-е изд. Фогеля.
  20. ↑ Хикман (1945) , стр. 206.
  21. Перейти ↑ Hickman (1945) , pp. 207–209.
Эта статья включает материал из статьи Citizendium « Вакуумная дистилляция », которая находится под лицензией Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Unported License, но не GFDL .

Внешние ссылки [ править ]

  • D1160 вакуумная дистилляция
  • Как работает вакуумная дистилляция
  • Номограмма давление-температура
  • Дистилляция по короткому пути , включает таблицу методов сравнения