Разница между дистилляционными, стриппинговыми и экстракционными колоннами

В процессе химического производства часто возникает необходимость разделения сырья, промежуточных продуктов или сырых продуктов для получения химических продуктов или промежуточных продуктов, удовлетворяющих технологическим требованиям. К распространенным процессам разделения в химической промышленности относятся дистилляция, абсорбция, экстракция, сушка и кристаллизация.

1. Дистилляция

Что представляет собой процесс дистилляции?

Дистилляция является типичной операцией разделения жидких смесей и применяется наиболее широко.

Для разделения жидких компонентов используется метод дистилляции с нагревом. Каждый жидкий компонент имеет свою температуру кипения и степень летучести. При нагревании эти вещества постепенно поднимаются до температуры кипения и превращаются в пар, тем самым удаляя их из исходной жидкой смеси. Поскольку жидкая смесь постепенно закипает, первыми и легче всего удаляются компоненты с самой низкой температурой кипения.

Например, вода кипит при температуре 212 градусов по Фаренгейту, а этанол - при 173 градусах по Фаренгейту. Нагрев смесь воды и этанола до 195 градусов по Фаренгейту, можно перевести этанол из жидкого состояния в парообразное и эффективно удалить его из смеси.

Процесс дистилляции происходит в колонне - устройстве, предназначенном для хранения сырья, его нагрева, конденсации летучих веществ и сбора разделенных компонентов. В самом простом виде дистилляционный аппарат состоит из трех основных компонентов:

Колонна: Колонна представляет собой емкость, в которой находится сырье, причем сырье вводится в середину емкости. Емкость соединена с источником отвода, через который проходят испарившиеся компоненты (также известные как дистиллят). Колонна также содержит несколько других компонентов, таких как лотки или набивки, которые помогают дополнительно разделить компоненты сырья для повышения его чистоты.

Конденсатор: Конденсационный блок расположен над колонной. Он охлаждает пар и возвращает его в поток жидкости, который собирается в отдельной емкости, называемой возвратным резервуаром. Жидкий поток (так называемый рефлюкс), образовавшийся из испарившихся и сконденсировавшихся компонентов, возвращается обратно в колонну.

Ребойлер: Источник тепла, называемый ребойлером, нагревает смесь внутри колонны до нужной температуры.

Размер и диаметр дистилляционной колонны, а также уровень давления внутри колонны и температура нагрева и охлаждения смеси зависят от самого сырья и химического состава желаемого продукта. Все эти переменные определяют конструкцию дистилляционной колонны для того или иного вида перерабатываемого сырья. Таким образом, дистилляционные колонны могут быть значительно сложнее простых колонн, описанных выше.

Какова основная функция ректификационной колонны?

Дистилляционная колонна изготавливается из редких металлов, таких как титан, титановые сплавы и другие материалы. Она обладает такими характеристиками, как высокая прочность, высокая вязкость, устойчивость к высоким температурам, коррозионная стойкость, малый удельный вес и т.д. Дистилляционные колонны широко используются в химической, нефтехимической, металлургической, легкой, текстильной, щелочной, фармацевтической, пестицидной, гальванической, электронной и других отраслях промышленности. Например, бензин, керосин, дизельное топливо и тяжелая нефть могут быть получены перегонкой сырой нефти; бензол, толуол и ксилол - перегонкой смешанной ароматики; чистый жидкий кислород и жидкий азот - перегонкой жидкого воздуха.

2. Стриппинг

Что представляет собой процесс зачистки?

Стриппинг - это физический процесс, при котором в воздушной среде разрушается исходное двухфазное равновесие воздух-жидкость и устанавливается новое равновесное состояние воздух-жидкость. При этом определенный компонент в растворе десорбируется за счет снижения парциального давления, тем самым достигается разделение веществ. Например, A - жидкость, B - газ, B растворяется в A для достижения газожидкостного равновесия, и в газовой фазе доминирует газовая фаза B. При добавлении отделяющей газовую фазу среды C доли A и B в газовой фазе уменьшаются, что нарушает газожидкостное равновесие, и вещества A и B диффундируют в газовую фазу. Однако, поскольку в газовой фазе преобладает вещество В, устанавливается новое равновесное соотношение, поэтому большое количество среды В диффундирует в газовую фазу, тем самым достигается цель разделения газовой и жидкой фаз. Степень отбензинивания можно регулировать путем изменения количества отбензинивающей среды.

В чем разница между стриппингом и дистилляцией?

Основное различие между стриппингом и дистилляцией заключается в методе разделения компонентов сырья. При дистилляции летучие вещества с помощью тепла превращаются в пар, а затем конденсируются и удаляются, в то время как при стриппинге используется принцип абсорбции.

Абсорбция - это химический процесс, при котором молекулы объемной фазы (жидкой или твердой) поглощаются газообразным веществом. Когда абсорбция применяется в стриппинге, в качестве газа, поглощающего молекулы жидкости, инженеры используют пар. В стриппере молекулы жидкости, отделенные от сырья, поглощаются водяным паром.

Все колонны для удаления загрязнений работают по одному и тому же принципу: конструкция колонны постепенно отделяет компоненты от сырья, подлежащие сбору и удалению. Несмотря на сходство методов дистилляции и стриппинга, они различаются по нескольким ключевым признакам.

При дистилляции сырье вводится в середине колонны, а при стриппинге - в верхней части стриппера. Снизу стриппера вводится только пар газообразного кипятка. Такая конструкция называется противоточной, поскольку пар и сырье вводятся с противоположных концов колонны.

Поступая с верха колонны, сырье омывает пористую набивку или лотки, предназначенные для увеличения площади контакта пара с сырьем. При подаче пара в сырье летучие вещества с самыми низкими температурами кипения при контакте с паром в первую очередь абсорбируются в пар. Более высококипящие летучие вещества не подвергаются этому процессу, но если они менее растворимы в воде, то все равно будут поглощены паром и удалены вместе с ним.

Пары, содержащие поглощенные соединения, отводятся наверх, где они, как правило, собираются, конденсируются и очищаются. Однако иногда, если это безопасно, они выбрасываются непосредственно в атмосферу.

3. Извлечение

Что такое экстракционная колонна?

Экстракционная колонна - это оборудование для жидкостно-жидкостного массообмена, широко используемое в химической промышленности, нефтепереработке, охране окружающей среды и других отраслях. Жидкостно-жидкостная экстракция - это метод массообмена, при котором один или несколько компонентов соединения в растворе смеси экстрагируются другой жидкостью (так называемым растворителем, несмешивающимся с растворителем раствора смеси). , чтобы затем разделить их, обогатить и очистить. Этот процесс называется экстракцией жидкость-жидкость или экстракцией растворителем. Используемое оборудование называется экстрактором. Существуют однократные и многократные экстракции, разрывы и непрерывные процессы экстракции. Экстрактор, используемый для непрерывной многократной экстракции, представляет собой оборудование башенного типа, называемое экстракционной башней. Его внутренняя структура заключается в использовании силы тяжести или механического воздействия для разбиения жидкости на капли, которые диспергируются в другой непрерывной жидкости для экстракции жидкость-жидкость.

Экстракция применяется для разделения азеотропных смесей, термочувствительных продуктов или смесей с очень высокой или очень низкой температурой кипения, когда содержание целевого вещества в веществе-носителе невелико, а перегонка очень сложна.

Как работает колонна для жидкостно-жидкостной экстракции?

В методах экстракции, как и в других формах разделения, используются колонны, что также известно как экстракция без перемешивания. Однако существуют и другие формы экстракции, в том числе миксерно-сепараторная и центробежная, которые считаются методами экстракции с перемешиванием.

Существует несколько различных конструкций колонных экстракторов, но все они работают по одному и тому же принципу. В экстракционной колонне в колонну помещается сырье, добавляется растворитель, и компоненты разделяются по мере поступления растворимых молекул в растворитель. Поскольку оставшееся сырье является более тяжелой жидкостью, оно стекает в нижнюю часть колонны. Растворитель - это более легкая жидкость, которая плавает в верхней части колонны вместе с собранными растворителями.

Колонна позволяет отделить растворимый слой, содержащий растворитель, от слоя сырья, при этом верхний слой растворителя может быть извлечен из желаемой остаточной жидкости. Экстракционная колонна не имеет внутренних движущихся частей, а содержит внутренние механизмы для разделения сырья на стадии диспергирования.