Der Unterschied zwischen Destillations-, Stripping- und Extraktionskolonnen
Bei der chemischen Produktion ist es oft notwendig, Rohstoffe, Zwischenprodukte oder Rohprodukte zu trennen, um chemische Produkte oder Zwischenprodukte zu erhalten, die den Prozessanforderungen entsprechen. Zu den üblichen Trennverfahren in der chemischen Industrie gehören Destillation, Absorption, Extraktion, Trocknung und Kristallisation.
1. Destillation
Was ist das Verfahren der Destillation?
Die Destillation ist ein typisches Verfahren zur Trennung von Flüssigkeitsgemischen und wird am häufigsten eingesetzt.
Die Destillationsmethode zur Trennung der flüssigen Bestandteile ist die Erhitzung. Jeder flüssige Bestandteil hat einen eigenen Siedepunkt und eine eigene Flüchtigkeitsstufe. Durch Erhitzen werden diese Stoffe allmählich auf ihren Siedepunkt gebracht und in Dampf umgewandelt, wodurch sie aus dem ursprünglichen Flüssigkeitsgemisch entfernt werden. Da das Flüssigkeitsgemisch allmählich siedet, sind die Bestandteile mit dem niedrigsten Siedepunkt die ersten und am einfachsten zu entfernenden.
Wasser siedet zum Beispiel bei 212 Grad Fahrenheit, während Ethanol bei 173 Grad Fahrenheit siedet. Durch Erhitzen eines Wasser-Ethanol-Gemischs auf 195 Grad Fahrenheit kann man das Ethanol von einem flüssigen Zustand in Dampf umwandeln und es effektiv aus dem Gemisch entfernen.
Der Destillationsprozess findet in einer Kolonne statt - einer Vorrichtung, die dazu dient, das Ausgangsmaterial aufzunehmen, zu erhitzen, die flüchtigen Bestandteile zu kondensieren und die abgetrennten Komponenten zu sammeln. In seiner einfachsten Form besteht ein Destillationsapparat aus drei grundlegenden Komponenten:
Säule: Die Kolonne ist der Behälter, in dem sich die Beschickung befindet, die in der Mitte des Behälters eingeleitet wird. Der Behälter ist mit einer Auslassquelle verbunden, durch die die verdampften Bestandteile (auch als Destillat bezeichnet) abfließen können. Die Kolonne enthält außerdem verschiedene andere Komponenten, wie z. B. Böden oder Packungen, die dazu beitragen, die Komponenten des Einsatzmaterials weiter zu trennen, um die Reinheit zu verbessern.
Kondensator: Die Kondensationseinheit befindet sich oberhalb der Säule. Er kühlt den Dampf ab und führt ihn in den Flüssigkeitsstrom zurück, der in einem separaten Behälter, dem Rücklaufbehälter, gesammelt wird. Der Flüssigkeitsstrom (Rückfluss genannt), der sich aus den verdampften und kondensierten Komponenten ergibt, wird wieder in die Kolonne zurückgeführt.
Verdampfer: Eine Wärmequelle, der so genannte Reboiler, erhitzt das Gemisch in der Kolonne auf die richtige Temperatur.
Die Größe und der Durchmesser der Destillationskolonne sowie das Druckniveau in der Kolonne und die Temperatur, bei der das Gemisch erhitzt und abgekühlt wird, hängen von der Art des Futters und der Chemie des gewünschten Produkts ab. All diese Variablen bestimmen, wie die Destillationskolonne für die Art des zu verarbeitenden Futters zu konstruieren ist. Folglich können Destillationskolonnen wesentlich komplexer werden als die oben beschriebenen einfachen Kolonnen.
Was ist die Hauptfunktion einer Destillationskolonne?
Ein Destillationsturm wird aus seltenen Metallen wie Titan, Titanlegierungen und anderen Materialien hergestellt. Er zeichnet sich durch hohe Festigkeit, hohe Zähigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, geringes spezifisches Gewicht usw. aus. Destillationstürme werden häufig in der Chemie, Petrochemie, Metallurgie, Leichtindustrie, Textilindustrie, Alkaliindustrie, Pharmazie, Pestiziden, Galvanik, Elektronik und anderen Bereichen eingesetzt. So können beispielsweise Benzin, Kerosin, Diesel und Schweröl durch Destillation von Rohöl gewonnen werden; Benzol, Toluol und Xylol können durch Destillation von Mischaromaten gewonnen werden; reiner flüssiger Sauerstoff und flüssiger Stickstoff können durch Destillation von flüssiger Luft gewonnen werden.
2. Strippen
Was ist das Abbeizverfahren?
Beim Strippen handelt es sich um einen physikalischen Prozess, bei dem mit Hilfe eines Luftmediums das ursprüngliche Zweiphasengleichgewicht zwischen Luft und Flüssigkeit zerstört und ein neuer Gleichgewichtszustand zwischen Luft und Flüssigkeit hergestellt wird. Dann wird ein bestimmter Bestandteil der Lösung aufgrund der Verringerung des Partialdrucks desorbiert, wodurch eine Trennung der Stoffe erreicht wird. Beispiel: A ist eine Flüssigkeit, B ist ein Gas, B wird in A gelöst, um ein Gas-Flüssigkeits-Gleichgewicht herzustellen, und die Gasphase wird von der Gasphase B dominiert. Wenn das Gasphasen-Strippmedium C zugegeben wird, verringern sich die Anteile von A und B in der Gasphase, wodurch das Gas-Flüssigkeits-Gleichgewicht gestört wird und die Stoffe A und B in die Gasphase diffundieren. Da die Gasphase jedoch von B dominiert wird, stellt sich tendenziell ein neues Gleichgewichtsverhältnis ein, so dass eine große Menge des Mediums B in die Gasphase diffundiert, wodurch der Zweck der Gas-Flüssig-Phasentrennung erreicht wird. Der Grad des Strippens kann durch die Menge des Strippmediums gesteuert werden.
Was ist der Unterschied zwischen Strippen und Destillation?
Der Hauptunterschied zwischen der Strippung und der Destillation besteht in der Methode, die zur Abtrennung der Ausgangsstoffe verwendet wird. Bei der Destillation werden flüchtige Stoffe mit Hilfe von Wärme in Dampf umgewandelt und dann kondensiert und entfernt, während beim Strippen das Prinzip der Absorption angewandt wird.
Absorption ist ein chemischer Prozess, bei dem Moleküle in der Massephase (flüssig oder fest) in eine gasförmige Substanz absorbiert werden. Wenn die Absorption beim Strippen angewendet wird, verwenden die Ingenieure Dampf als Gas, das die Moleküle der Flüssigkeit absorbiert. Im Stripper werden die vom Einsatzmaterial getrennten Flüssigkeitsmoleküle von Wasserdampf absorbiert.
Alle Kolonnen zur Entfernung von Verunreinigungen arbeiten nach demselben Prinzip: Durch die Konstruktion der Kolonne werden die zu sammelnden und zu entfernenden Komponenten schrittweise vom Einsatzmaterial getrennt. Obwohl Destillations- und Strippermethoden ähnlich sind, unterscheiden sie sich in einigen wichtigen Punkten.
Bei der Destillation wird das Einsatzmaterial in der Mitte der Kolonne zugeführt, während bei der Strippermethode das Einsatzmaterial am oberen Ende des Strippers zugeführt wird. Lediglich Dampf aus gasförmigem, kochendem Wasser wird vom Boden des Strippers eingeleitet. Dies wird als Gegenstromverfahren bezeichnet, da der Dampf und der Feed von entgegengesetzten Enden der Kolonne eingeleitet werden.
Wenn das Einsatzmaterial vom Kopf der Kolonne nach unten fließt, spült es poröse Packungen oder Böden durch, die so konzipiert sind, dass sie die Kontaktfläche zwischen Dampf und Einsatzmaterial vergrößern. Wenn Dampf in das Einsatzmaterial eingeleitet wird, werden die flüchtigen Stoffe mit den niedrigsten Siedepunkten beim Kontakt mit dem Dampf zuerst absorbiert. Höher siedende flüchtige Stoffe durchlaufen diesen Prozess nicht, aber wenn sie weniger wasserlöslich sind, werden sie dennoch vom Dampf absorbiert und mit ihm entfernt.
Dämpfe, die absorbierte Verbindungen enthalten, werden über Kopf abgezogen, wo sie im Allgemeinen gesammelt, kondensiert und gereinigt werden. Manchmal werden sie aber auch direkt in die Atmosphäre abgegeben, wenn dies unbedenklich ist.
3. Extraktion
Was ist eine Extraktionssäule?
Eine Extraktionskolonne ist ein Gerät für den Flüssig-Flüssig-Stoffaustausch, das häufig in der chemischen Industrie, der Erdölraffination, dem Umweltschutz und anderen Industriezweigen eingesetzt wird. Die Flüssig-Flüssig-Extraktion ist eine Methode des Stoffaustauschs, bei der eine oder mehrere Komponenten einer Mischungslösung mit einer anderen Flüssigkeit (dem sogenannten Lösungsmittel, das mit dem Lösungsmittel der Mischungslösung nicht mischbar ist) extrahiert werden. So kann die Verbindung getrennt, angereichert und gereinigt werden. Dieses Verfahren wird als Flüssig-Flüssig-Extraktion oder Lösungsmittelextraktion bezeichnet. Das verwendete Gerät wird als Extraktor bezeichnet. Es gibt Ein- und Mehrfachextraktionen, Lücken- und kontinuierliche Extraktionsverfahren. Der Extraktor, der für kontinuierliche Mehrfachextraktionen verwendet wird, ist ein turmartiges Gerät, das als Extraktionsturm bezeichnet wird. Seine innere Struktur nutzt die Schwerkraft oder die mechanische Wirkung, um eine Flüssigkeit in Tröpfchen zu zerlegen, die in einer anderen kontinuierlichen Flüssigkeit für die Flüssig-Flüssig-Extraktion dispergiert werden.
Die Extraktion wird zur Trennung von azeotropen Gemischen, wärmeempfindlichen Produkten oder Gemischen mit sehr hohen oder sehr niedrigen Siedepunkten eingesetzt, wenn der in der Trägersubstanz enthaltene Zielstoff niedrig und die Destillation sehr komplex ist.
Wie funktioniert eine Flüssig-Flüssig-Extraktionssäule?
Bei den Extraktionsverfahren werden wie bei anderen Trennverfahren Säulen verwendet, die auch als nicht gerührte Extraktion bezeichnet werden. Es gibt jedoch auch andere Formen der Extraktion, einschließlich der Mischer-Setzer- und Zentrifugalextraktion, die als Rührwerksextraktionsverfahren gelten.
Es gibt verschiedene Arten der Säulenextraktion, die jedoch alle nach dem gleichen Prinzip funktionieren. Bei einer Extraktionssäule enthält die Säule die Beschickung, das Lösungsmittel wird zugegeben, und die Komponenten werden getrennt, wenn lösliche Moleküle in das Lösungsmittel gelangen. Da das verbleibende Einsatzmaterial eine schwerere Flüssigkeit ist, fließt es zum Boden der Säule. Das Lösungsmittel ist die leichtere Flüssigkeit, die mit den gesammelten löslichen Molekülen oben in der Säule schwimmt.
Die Säule ermöglicht die Abtrennung der lösungsmittelhaltigen Schicht von der Zufuhrschicht, wobei die oberste Lösungsmittelschicht aus der gewünschten Restflüssigkeit extrahiert werden kann. Die Extraktionssäule hat keine beweglichen Teile im Inneren, sondern enthält stattdessen interne Mechanismen zur Aufteilung des Einsatzmaterials in Dispersionsstufen.
