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Industrielle Fraktioniersäulen
Die fraktionelle Destillation ist einer der Einheiten der chemischen Technik. Fraktionierende Säulen werden in der chemischen Prozessindustrie häufig verwendet, in der große Mengen von Flüssigkeiten destilliert werden müssen. Solche Industrien sind Erdölverarbeitung , petrochemische Produktion, Erdgasverarbeitung, Steinkohlenteerverarbeitung , Brauen, Flüssigluftzerlegung und Kohlenwasserstoff -Lösemittel Produktion und ähnliche Industrien, aber es findet seine breiteste Anwendung in Petroleum-Raffinerien. In solchen Raffinerien ist der Rohöl-Rohstoff ein komplexes, mehrkomponentiges Gemisch, das getrennt werden muss, und Erträge reiner chemischer Verbindungen sind nicht zu erwarten, nur Gruppen von Verbindungen innerhalb eines relativ kleinen Bereichs von Siedepunkten, auch Fraktionen genannt. Das ist der Ursprung des Namens fraktionale Destillation oder Fraktionierung. Es lohnt sich oft nicht, die Komponenten in diesen Fraktionen je nach Produktanforderungen und Wirtschaftlichkeit weiter zu trennen.
Die Destillation ist einer der häufigsten und energieintensivsten Trennverfahren. Die Wirksamkeit der Trennung hängt von der Höhe und dem Durchmesser der Säule, dem Verhältnis der Höhe der Säule zu dem Durchmesser und dem Material ab, aus dem die Destillationssäule selbst besteht. In einer typischen chemischen Anlage macht sie etwa 40% des gesamten Energieverbrauchs aus. Die industrielle Destillation wird typischerweise in großen, vertikalen zylindrischen Säulen (wie in Abbildung 2 dargestellt) durchgeführt, die als "Destillationstürme" oder "Destillationskolonnen" mit Durchmessern von etwa 65 Zentimetern bis 6 Metern und Höhen von etwa 6 Metern bis 60 Metern oder mehr bekannt sind.
Industrielle Destillationstürme werden in der Regel im kontinuierlichen Dauerzustand betrieben. Wenn nicht durch Veränderungen in Futter, Wärme, Umgebungstemperatur oder Kondensation gestört, entspricht die Menge des zugefügten Futters normalerweise der Menge des zu entfernenden Produkts.
Die Wärmemenge, die vom Reboiler und mit der Zuführung in die Säule gelangt, muss der Wärmeabgabe des Kondensators und der Produkte entsprechen. Die in eine Destilliersäule eintretende Wärme ist ein entscheidender Betriebsparameter, da die Zugabe von zu viel oder zu wenig Wärme zur Säule zu Schaumbildung, Weinbildung, Mitnahme oder Überflutung führen kann.
Im Inneren der Säule sorgt die herunterfließende Rückflussflüssigkeit für Kühlung und Kondensation von aufströmenden Dämpfen und erhöht so die Wirksamkeit des Destillationsturms. Je mehr Rückfluss und/oder mehr Schalen zur Verfügung gestellt werden, desto besser ist die Trennung der weniger siedenden Materialien vom höher siedenden Material im Turm.
Die Auslegung und der Betrieb einer fraktionierenden Säule hängen von der Zusammensetzung des Futters und der Zusammensetzung der gewünschten Produkte ab. Mit einem einfachen, binären Komponenten-Feed können analytische Methoden wie die McCabe-Thiele-Methode oder die Fenske-Gleichung verwendet werden. Für eine Mehrkomponenten-Zuführung werden Simulationsmodelle sowohl für die Konstruktion, den Betrieb als auch für die Konstruktion verwendet.
Blasendeckel "Trays" oder "Platten" sind eine der Arten von physikalischen Geräten, die verwendet werden, um einen guten Kontakt zwischen dem auffließenden Dampf und der abfließenden Flüssigkeit in einer industriellen fraktionierenden Säule zu gewährleisten.
Die Effizienz eines Tabletts oder einer Platte ist in der Regel niedriger als die einer theoretischen Gleichgewichtsstufe mit einem Wirkungsgrad von 100 % . Daher benötigt eine fraktionierende Säule fast immer mehr tatsächliche, physikalische Platten als die erforderliche Anzahl theoretischer Dampf-Flüssig-Gleichgewichtsstufen .
In der Industrie wird manchmal in der Säule anstelle von Schalen ein Verpackungsmaterial verwendet, insbesondere wenn Niederdruckabfälle über die Säule erforderlich sind, wie beispielsweise bei Betrieb unter Vakuum. Dieses Verpackungsmaterial kann entweder als zufällige Verpackung (1-3 Zoll oder 2,5-7,6 cm breit) wie Raschig Ringe oder strukturiertes Blech. Flüssigkeiten neigen dazu, die Oberfläche der Verpackung zu benetzen, und die Dämpfe passieren diese benetzte Oberfläche, wo die Massenübertragung stattfindet. Unterschiedlich geformte Verpackungen haben unterschiedliche Oberflächen und Leerraum zwischen den Verpackungen. Beide Faktoren beeinflussen die Packungsleistung.
Fraktionierende Säulen werden in der chemischen Prozessindustrie häufig verwendet, in der große Mengen von Flüssigkeiten destilliert werden müssen. Solche Industrien sind Erdölverarbeitung , petrochemische Produktion, Erdgasverarbeitung, Steinkohlenteerverarbeitung , Brauen, Flüssigluftzerlegung und Kohlenwasserstoff -Lösemittel Produktion und ähnliche Industrien, aber es findet seine breiteste Anwendung in Petroleum-Raffinerien.
Die Anwendung der Destillation kann grob in vier Gruppen unterteilt werden: Labormaßstab, Industriedestillation, Destillation von Kräutern für Parfümerie und arzneimittel (Kräuterdestillat) und Lebensmittelverarbeitung. Die beiden letzteren unterscheiden sich deutlich von den beiden vorherigen, da die Destillation nicht als echte Reinigungsmethode verwendet wird, sondern vielmehr, um alle flüchtigen Stoffe aus den Ausgangsmaterialien in das Destillat bei der Verarbeitung von Getränken und Kräutern zu übertragen.
Der Hauptunterschied zwischen der Destillation im Labormaßstab und der industriellen Destillation besteht darin, dass die Destillation im Labormaßstab häufig auf Chargenbasis durchgeführt wird, während die industrielle Destillation häufig kontinuierlich stattfindet. Bei der Chargendestillation ändern sich die Zusammensetzung des Ausgangsmaterials, die Dämpfe der Destillationsverbindungen und das Destillat während der Destillation. Bei der Chargendestillation wird eine Destille mit einer Charge Futtermischung geladen (versorgt), die dann in ihre Komponentenfraktionen getrennt wird, Die nacheinander von den flüchtigsten zu den weniger flüchtigen gesammelt werden, wobei die Böden - verbleibende kleinste oder nicht flüchtige Fraktion - am Ende entfernt werden. Die Destille kann dann wieder aufgeladen und der Prozess wiederholt werden.
Bei der kontinuierlichen Destillation werden die Ausgangsmaterialien, Dämpfe und Destillate auf einer konstanten Zusammensetzung gehalten, indem das Ausgangsmaterial sorgfältig nachgefüllt und Fraktionen aus Dampf und Flüssigkeit im System entfernt werden. Dies führt zu einer detaillierteren Steuerung des Trennprozesses.
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