Vakuumska destilacija

31.08.2020

Kemična industrija je nepogrešljiv dobavitelj surovin številnim drugim industrijskim sektorjem, kot so avtomobilska industrija, strojegradnja, plastična industrija, živilska industrija, proizvodnja stekla in gradbeništvo, ki uporabljajo snovi, ki jih proizvaja kemična industrija. Te snovi se uporabljajo v številnih končnih izdelkih, ki se uporabljajo dnevno. Velik del proizvodnje snovi v kemični industriji temelji na vakuumski tehnologiji in najbolj pomembna aplikacija je vakuumska destilacija.

Prednosti in aplikacije vakuumske destilacije

Vrelišče številnih organskih snovi pri atmosferskem tlaku je v temperaturnem območju med 200 in 400 °C. Ločevanje takih zmesi tako zahteva zelo velik vnos energije pri atmosferskem tlaku. Pri takih temperaturah se v številnih primerih lahko dogaja tudi termična razgradnja takih zmesi. Zmanjšanje tlaka v območje nizkega ali srednjega vakuma bistveno zniža temperaturo vrelišča. V primeru monoglicerida, ki se uporablja kot emulgator, se vrelišče zniža s 300 °C pri atmosferskem tlaku na približno 220 °C pri tlaku, ki je nižji od 0,1 hPa. Vakuumska destilacija se tako v veliki meri uporablja za predelavo snovi, ki so občutljive na temperaturo, kot tiste, ki se uporabljajo v živilski, farmacevtski in petrokemični industriji. Drug pomemben dejavnik, ki vpliva na pripravo temperaturno občutljivih snovi, je čas zadrževanja v napravi za uparjanje. V številnih primerih je destilacija šarž v reaktorjih nestabilna zaradi časa zadrževanje, ki lahko traja nekaj ur zaradi neustreznega vakuuma, ki ga ustvari tekočinski steber v posodi. Polnjenje višine 10 cm predstavlja tlak zaradi gostote približno 10 hPa. To je razlog, da se v industrijskih aplikacijah uporabljajo uparjalniki za destilacijo tankih filmov in uparjalniki za destilacijo na kratkih poteh. V teh cilindričnih sistemih se uparja zelo tanek film tekočine debeline 1 do 3 mm, ki se ga z valjčnimi ali ploščatimi lopaticami nanese na notranjo površino ogrevanega cilindra. Odvisno od velikosti sistema je čas zadrževanja snovi v napravi lahko le nekaj sekund. Uparjanje tankih filmov deluje najbolje v območju tlaka 1 do 100 hPa. Nižje tlake se težko doseže zaradi tlačnih izgub pri pretoku uparjene snovi iz naprave v kondenzator.

»Obrat za vakuumsko destilacijo v kemični industriji. | Vir: Pfeiffer Vacuum

Kljub temu pa so za ločevanje mono-, di- in trigliceridov potrebni tlaki v področju 0,01 hPa. V tem primeru se uporablja tako imenovana metoda destilacije na kratkih poteh. Kondenzator se nahaja v centru cilindričnega uparjalnika in razdalja med vročo steno in vodno hlajeno cevno špiralo je na razdalji nekaj centimetrov, odvisno od velikosti naprave. Tlačne izgube so zelo majhne, saj izhlapeli material kondenzira neposredno na hladni površini. Ker je srednja prosta pot molekul v srednjem vakuumu velikosti razdalje med cilindrom in notranjim kondenzatorjem ali bistveno večja, se tej metodi reče tudi molekularna destilacija. V teh protitočnih sistemih za destilacijo gre para skozi vertikalno poravnanega stolpca do kondenzirane tekočine. Postavitve v obliki prepletenega satovja zagotavljajo dobro mešanje obeh faz, kar omogoča doseganje ravnovesja faz. Pri tej metodi so časi zadrževanja in ravni tlaka višji kot pri uparjanju tankih filmov. Ta dva procesa se pogosto kombinirata v istem sistemu za destilacijo.

»Tlačne krivulje uparjanja za različne organske snovi. | Vir: Pfeiffer Vacuum 

Korenske črpalke za destilacijo tankih filmov in destilacijo na kratkih poteh
 
Natančno vzdrževanje zahtevanega vakuuma v uparjalnikih je ključnega pomena za kakovost procesa ločevanja in predstavlja visoke zahteve za uporabljen nadzorni sistem vakuuma in kakovost uporabljenih vakuumskih črpalk.

Podjetje Pfeiffer Vacuum ponuja širok izbor primerne vakuumske opreme za destilacijo tankih filmov in destilacijo na kratkih poteh. V praksi se korenske vakuumske postaje s tekočimi obročnimi vakuumskimi črpalkami izkažejo kot idealna rešitev. Odvisno od števila stopenj korenske črpalke, se lahko brez težav doseže tlak 10-3 hPa. V tekoči obročni vakuumski črpalki se lahko uporablja tudi snov, ki se destilira. Primer tega je predelava olja za valjanje, kjer se olje, kontaminirano med procesom valjanja, spusti preko takega procesa destilacije. 

Za proces destilacije olja za valjanje se uporablja tristopenjska črpalna postaja, ki jo sestavljajo dve korenski črpalki in tekoča obročna vakuumska črpalka. Olje za valjanje, ki se ga destilira, služi kot delovna tekočina v tekoči obročni vakuumski črpalki. Pri tlaku približno 5 hPa se olje za valjanje upari ter kondenzira v kondenzatorju nameščenem za črpalko. Kljub temu pa se ne da v celoti odpraviti možnosti puščanja zraka nasičenega z oljnimi hlapi, ki se ga črpa v vakuumsko črpalko, kjer oljni hlapi ponovno kondenzirajo v tekoči obročni vakuumski črpalki. Če se olje za valjanje uporabi kot delovna tekočina v črpalkah, pa to ne bo imelo negativnega vpliva ne učinkovitost procesa. Raven olja v krožnem rezervoarju tekoče obročne črpalke se bo tako počasi večala in ko bo dosežena maksimalna raven, se bo odvečna delovna tekočina iz črpalke samodejno spustila nazaj v proces destilacije. Odvisno od aplikacije se lahko namesto tekoče obročne črpalke uporablja tudi suha vakuumska črpalka.

Vakuumske rešitve za vakuumsko destilacijo

Na podlagi svojega celovitega razpona izdelkov, podjetje Vacuum Pfeiffer ponuja rešitve po meri, ki omogočajo ustvarjanje pogojev vakuuma za različne aplikacije. Še posebej glede aplikacij v kemični industriji, ki zahtevajo tlak nižji od 33 hPa, so se korenske črpalne postaje serije Okta podjetja Pfeiffer Vakuum uveljavile kot optimalna rešitev. Korenske črpalke s kapaciteto 145 do 8.000 m3 /h so na razpolago v standardni izvedbi. V posebnih primerih lahko podjetje Pfeiffer Vacuum izdela korenske črpalke s kapaciteto do 25.000 m3 /h. Različica vakuumskih črpalk Okta s hlajenjem preko cirkulacije plina omogoča kompresijo do tlaka okolice in se uporablja predvsem pri kritičnih procesih v kemični industriji. Standardne črpalke so izdelane iz sferoidnega grafitnega litega železa (GGG40), ki zagotavlja visoko odpornost ohišja črpalke na tlačne udarce do 16 barov. To je še posebej pomembno za aplikacije ATEX. Za posebej korozivne aplikacije so lahko črpalke Okta izdelane iz nerjavnega jekla. Na površino delov sesalne komore, ki pridejo v stik z destilirano snovjo, se lahko nanese plazemsko polimerno prevleko. Strožje zahteve glede tesnosti vakuumskih črpalk se lahko dosežejo s pomočjo magnetno spojenih pogonov, kar zagotavlja puščanje manjše od 10-6 Pa m3 /s.

»Vakuumska črpalka Okta 500 ATEX proizvajalca Pfeiffer Vacuum. | Vir: Pfeiffer Vacuum

Rotacijske, vijačne in s cirkulacijo plina hlajene korenske vakuumske črpalke podjetja Pfeiffer Vacuum so na razpolago kot dodatne črpalke. Za aplikacije ATEX, vključno s Cono 1 za zunanje in notranje prostore, so na razpolago ustrezno certificirane vakuumske črpalke.

Strokovnjaki podjetja Pfeiffer Vacuum tesno sodelujejo s svojimi strankami z različnih industrijskih področij kemične industrije od koncepta do implementacije, da razvijejo rešitve po meri, ki so natančno prilagojene zahtevam posameznih aplikacij.

Vir: https://www.pfeiffer-vacuum.com