Cos'è la distillazione? Questo è il processo di conversione di un liquido in vapore, che poi condensa di nuovo in forma liquida. L'esempio più semplice è la distillazione dell'acqua, dove il vapore di un bollitore viene depositato sotto forma di goccioline su una superficie fredda.
Applicazione e cronologia
La distillazione viene utilizzata per separare liquidi da solidi non volatili, come nella distillazione di alcolici da materiali fermentati, o per separare due o più liquidi con diversi punti di ebollizione, come nella produzione di benzina, cherosene e lubrificanti dal petrolio. Altre applicazioni industriali includono il trattamento di sostanze chimiche come la formaldeide e il fenolo e la desalinizzazione dell'acqua di mare.
Il processo di distillazione era probabilmente utilizzato da antichi sperimentatori. Aristotele (384-322 aC) disse che l'acqua pura si può ottenere evaporando l'acqua di mare. Plinio il Vecchio (23-79 d. C.) descrisse un primitivo metodo di condensazione in cui l'olio ottenuto riscaldando la colofonia viene raccolto su lana posta sopraalambicco.
Distillazione semplice
La maggior parte dei metodi di distillazione utilizzati nell'industria e nella ricerca di laboratorio sono variazioni sulla distillazione semplice. Questa tecnologia di base utilizza un cubo o una storta in cui viene riscaldato il liquido, un condensatore per raffreddare il vapore e un recipiente per raccogliere il distillato. Quando una miscela di sostanze viene riscaldata, si distilla prima la più volatile di esse, o quella con il punto di ebollizione più basso, e poi si distillano le altre, o non si distillano affatto. Un apparato così semplice è ottimo per purificare liquidi contenenti componenti non volatili, ed è abbastanza efficace per separare sostanze con diversi punti di ebollizione. Per l'uso in laboratorio, le parti dell'apparecchio sono solitamente in vetro e collegate con tappi, tubi di gomma o tubi di vetro. Su scala industriale, le apparecchiature sono realizzate in metallo o ceramica.
Distillazione frazionata
Un metodo chiamato distillazione frazionata, o differenziale, è stato sviluppato per la raffinazione del petrolio perché la semplice distillazione per separare liquidi i cui punti di ebollizione differiscono poco è inefficiente. In questo caso, i vapori condensano ed evaporano ripetutamente in un contenitore verticale coibentato. Un ruolo speciale qui è svolto da vaporizzatori a secco, colonne frazionarie e condensatori, che consentono di riportare parte della condensa nell'alambicco. L'obiettivo è ottenere uno stretto contatto tra le diverse fasi della miscela in aumento in modo chesolo le frazioni più volatili sotto forma di vapore raggiungevano il ricevitore, e il resto ritornava sotto forma di liquido verso il cubo. La purificazione dei componenti volatili a seguito del contatto tra tali controcorrenti è chiamata rettifica o arricchimento.
Distillazione multipla
Questo metodo è anche chiamato evaporazione flash multistadio. Questo è un altro tipo di distillazione semplice. Viene utilizzato, ad esempio, per distillare l'acqua nei grandi impianti di dissalazione commerciali. La conversione del liquido in vapore non richiede riscaldamento. Scorre semplicemente da un contenitore con alta pressione atmosferica a un contenitore con pressione inferiore. Ciò porta a una rapida evaporazione, accompagnata dalla condensazione del vapore in liquido.
Distillazione sottovuoto
Una variazione del processo a pressione ridotta utilizza una pompa del vuoto per creare il vuoto. Questo metodo, chiamato "distillazione sottovuoto", viene talvolta utilizzato con sostanze che normalmente bollono ad alte temperature o si decompongono quando vengono bollite in condizioni normali.
Le pompe per vuoto creano pressione nella colonna, che è molto inferiore alla pressione atmosferica. Oltre a questi, vengono utilizzati regolatori di vuoto. Un attento controllo dei parametri è molto importante perché l'efficienza di separazione dipende dalla differenza di volatilità relativa a una data temperatura e pressione. La modifica di questa impostazione potrebbe influire negativamente sull'avanzamento del processo.
La distillazione sottovuoto è ben nota nelle raffinerie. I metodi di distillazione convenzionali sono separatiidrocarburi leggeri e impurità da idrocarburi pesanti. Il prodotto residuo viene sottoposto a distillazione sotto vuoto. Ciò consente di separare idrocarburi altobollenti come oli e cere a basse temperature. Il metodo viene utilizzato anche nella separazione di sostanze chimiche organiche termosensibili e nel recupero di solventi organici.
Cos'è la distillazione a vapore?
La distillazione a vapore è un metodo di distillazione alternativo a temperature inferiori al normale punto di ebollizione. Viene utilizzato quando il distillato è immiscibile e non reagisce chimicamente con l'acqua. Esempi di tali materiali sono gli acidi grassi e l'olio di soia. Durante la distillazione, il vapore viene introdotto nel liquido, che lo riscalda e provoca l'evaporazione.
Distillazione in colonna impaccata
Sebbene le colonne impaccate siano più spesso utilizzate per l'assorbimento, vengono utilizzate anche per la distillazione di miscele vapore-liquido. Questo design fornisce un'ampia superficie di contatto, che aumenta l'efficienza del sistema. Un altro nome per una tale struttura è una colonna di distillazione.
Il principio di funzionamento è il seguente. La miscela grezza di componenti con volatilità diversa viene alimentata al centro della colonna. Il liquido scorre verso il basso attraverso l'ugello e il vapore si alza. La miscela sul fondo della vasca entra nel preriscaldatore ed esce con il vapore. Il gas si precipita attraverso l'imballaggio, raccogliendo i componenti più volatili del liquido, esce dalla colonna ed entra nel condensatore. Dopo la liquefazione, il prodotto entranel collettore di catarro, dove viene separato in un distillato e una frazione utilizzata per l'irrigazione.
Concentrazioni diverse fanno passare componenti meno volatili dalla fase vapore alla fase liquida. L'ugello aumenta la durata e l'area di contatto, aumentando l'efficienza di separazione. All'uscita, il vapore contiene la massima quantità di componenti volatili, mentre la loro concentrazione nel liquido è minima.
Gli ugelli vengono riempiti sfusi e pacchetti. La forma del riempitivo può essere casuale o strutturata geometricamente. È costituito da un materiale inerte come argilla, porcellana, plastica, ceramica, metallo o grafite. Il riempitivo ha tipicamente dimensioni da 3 a 75 mm ed ha un'ampia superficie a contatto con la miscela vapore-liquido. Il riempimento sfuso presenta il vantaggio di un'elevata produttività, resistenza all' alta pressione e basso costo.
I riempitivi metallici hanno un'elevata resistenza e una buona bagnabilità. Le ceramiche hanno una bagnabilità ancora maggiore, ma non sono così resistenti. Quelli di plastica sono abbastanza resistenti, ma non si bagnano bene a basse portate. Poiché i riempitivi ceramici sono resistenti alla corrosione, vengono utilizzati a temperature elevate che la plastica non può sopportare.
Gli ugelli Package sono una rete strutturata, le cui dimensioni corrispondono al diametro della colonna. Fornisce lunghi canali per flussi di liquidi e vapori. Sono più costosi, ma consentono di ridurre le perdite di carico. Gli ugelli a pacchetto sono preferiti a basse portate e in condizioni di bassa pressione. Di solito sono realizzati in legno, lamiera o rete intrecciata.
Utilizzato nel recupero di solventi e nelle industrie petrolchimiche.
Distillazione nella colonna di distillazione
Il tipo di colonna più utilizzato. Il numero di piastre dipende dalla purezza desiderata e dalla complessità della separazione. Influisce sull' altezza della colonna di distillazione.
Il principio del suo funzionamento è il seguente. La miscela viene alimentata a metà dell' altezza della colonna. La differenza di concentrazione fa sì che i componenti meno volatili passino dalla corrente di vapore alla corrente di liquido. Il gas in uscita dal condensatore contiene le sostanze più volatili, mentre le sostanze meno volatili escono attraverso il riscaldatore nel flusso di liquido.
La geometria delle piastre nella colonna influenza il grado e il tipo di contatto tra i diversi stati di fase della miscela. Strutturalmente, sono setaccio, valvola, tappo, reticolo, cascata, ecc. I vassoi setaccio, che hanno fori per il vapore, vengono utilizzati per fornire alte prestazioni a basso costo. I vassoi per valvole più economici, in cui le aperture sono dotate di valvole di apertura e chiusura, tendono a intasarsi a causa dell'accumulo di materiale. I tappi sono dotati di tappi che consentono al vapore di passare attraverso il liquido attraverso piccoli fori. Questa è la tecnologia più avanzata e costosa, efficace a basse portate. Il fluido scorre da un vassoio all' altro lungo i tubi verticali di scarico.
Le colonne da tavolo vengono spesso utilizzate per recuperare i solventi dai rifiuti di processo. Sono anche usati per recuperare metanolo in un'operazione di essiccazione. L'acqua esce come prodotto liquido e i rifiuti organici volatili entrano nella fase vapore. Ecco cos'è la distillazione in una colonna di distillazione.
Distillazione criogenica
La distillazione criogenica è l'applicazione di metodi di distillazione generali ai gas raffreddati allo stato liquido. Il sistema funziona a temperature inferiori a -150 °C. Per questo vengono utilizzati scambiatori di calore e bobine. L'intera struttura è chiamata blocco criogenico. I gas liquefatti entrano nell'unità e vengono distillati a temperature molto basse. Le colonne di distillazione criogenica possono essere imballate e confezionate. La progettazione in lotti è preferita in quanto il materiale sfuso è meno efficace alle basse temperature.
Una delle principali applicazioni della distillazione criogenica è la separazione dell'aria nei gas che la costituiscono.
Distillazione estrattiva
La distillazione estrattiva utilizza composti aggiuntivi che agiscono come solventi per modificare la volatilità relativa di uno dei componenti della miscela. Nella colonna estrattiva alle sostanze da separare viene aggiunto un solvente. Il componente della corrente di alimentazione da recuperare si combina con il solvente ed esce in fase liquida. L' altro componente evapora e va nel distillato. Seconda corsa aun' altra colonna permette di separare la sostanza dal solvente, che poi ritorna allo stadio precedente per ripetere il ciclo.
La distillazione estrattiva viene utilizzata per separare composti con punti di ebollizione vicini e miscele azeotropiche. La distillazione estrattiva non è così diffusa nell'industria come la distillazione convenzionale a causa della complessità del design. Un esempio è il processo per ottenere la cellulosa. Il solvente organico separa la cellulosa dalla lignina e una seconda distillazione produce una sostanza pura.
