Вакуумна дестилация
Вакуумната дестилация е процес на разделяне (или пречистване) на вещества въз основа на разликата в точките на кипене на веществата под вакуум. Този метод се използва в случаите, когато течности при нормални условия имат много висока точка на кипене или когато претърпяват термично разграждане при нагряване до висока температура.
Има два основни метода за вакуумна дестилация:
- Стандартна вакуумна дестилация (при груб и среден вакуум: 700.10 -2 mm Hg), използва се най-често в химически лаборатории и в производството;
- Молекулярна дестилация (при висок вакуум: 10 -4 . 10 -5 mmHg), използвана за разделяне на вещества с високо молекулно тегло (с тегло до 1200) или за термично лабилни вещества с ниско молекулно тегло.
Намаляването на точката на кипене на течността, постигнато чрез намаляване на налягането, помага да се запази дестилираното вещество от разлагане. Колкото по-ниско е създаденото налягане в системата, толкова по-голяма е увереността, че отделеното вещество няма да се промени химически и толкова по-ниска е температурата, при която то ще дестилира.
Например, има органични вещества, които кипят при около 350 ° C при атмосферно налягане с разлагане, но които се дестилират без разлагане:
- при температура 160.210 ° C и вакуум 10 mm Hg. Изкуство.
- при температура 100. 130 ° C и вакуум 0,01 mm Hg. Изкуство.
- при температура от 40. 60 ° C и вакуум от 0,001 mm Hg. Изкуство.
Стандартна вакуумна дестилация
Илюстрация на използването на вакуумна дестилация е процесът на фракциониране на петрола в рафинериите. При атмосферно налягане се дестилират леки фракции: бензин, керосин, лигроин и др. (до 200 ° C), останалите фракции се разделят под вакуум при 10,0,1 mm. rt. Изкуство. Апарат за вакуумна дестилациятрябва да е запечатано и течността в него да кипи равномерно (от съображения за безопасност). В най-простия случай апаратът за вакуумна дестилация се състои от изпарителна колба 1, капиляр 2 (за подаване на микроколичество газ и образуване на център на кипене), охладител на пара 3 (хладник), приемник за кондензат 4 и вакуумна помпа 5.
Изисквания към вакуумната система
В инсталации, където вакуумната дестилация се извършва в голям мащаб, се използват високопроизводителни пароструйни вакуумни помпи (>10 000 m 3 /h). За лабораторни нужди се използват помпи с капацитет 0,5. 10 m 3 / h. Пилотните химически и фармацевтични заводи изискват вакуумни помпи с капацитет от десетки до няколкостотин кубически метра на час.
Въпреки че събирането на кондензат е предвидено в апарата за вакуумна дестилация (приемник 4, вижте фигурата), въпреки това част от парите могат да попаднат във вакуумната помпа. Химическата природа на изпомпваните пари може да варира в широк диапазон на пожар, експлозия и корозивност. Във всеки случай, по време на вакуумна дестилация, те се опитват да защитят вакуумната помпа по различни начини, например с помощта на криоуловители. Единственото изключение, може би, са химически устойчивите мембранни вакуумни помпи и станции. Към днешна дата производителността на мембранните вакуумни помпи е от 0,9 до 20 m 3 / h, а за системи до 80 m 3 / h, с вакуум до 0,5 mm Hg. Изкуство.
Когато се изисква вакуумна дестилация на достатъчно висококипящо вещество (например, кипене при 350 °C при атмосферно налягане), вакуумът на диафрагмените помпи не е достатъчен и маслените ротационни лопаткови вакуумни помпи илиспирални вакуумни помпи с азотен уловител на входа на помпата. За големи агрегати за вакуумна дестилация се използват системи с бустерни помпи. Например комбинация от помпа на Roots с хим. мембранни помпи.
Дестилация във висок вакуум (молекулярна дестилация)
Стандартната вакуумна дестилация се извършва в 90% от случаите при вакуум до 5 mm Hg. Изкуство. (в редки случаи вакуумирайте до
10 -2 mm Hg. Изкуство.). Има обаче вещества, чиято дестилация протича с разлагане дори при такъв вакуум. В тези случаи се използва така наречената молекулярна дестилация. Това е процес на разделяне на течни смеси чрез бавно изпаряване във вакуум при 10 -3 . 10 -5 mm Hg. Изкуство. при температура доста под температурата им на разлагане. Този процес се осъществява, ако повърхностите на изпарение и кондензация са разделени на разстояние, по-малко от средния свободен път на молекулите на дестилираното вещество (средно до 30 mm).
Методът на молекулярната вакуумна дестилация се използва при работа с висококипящи вещества, които са чувствителни към топлина. За дестилацията на неорганични вещества този метод по правило не се използва.
Работата на инсталациите за молекулярна вакуумна дестилация се основава на принципа на филмово изпаряване, когато веществото, което трябва да се пречисти, се разпределя под формата на молекулен филм върху повърхността на апарата в подходящ вакуум.
За евакуация на апарати за молекулярна вакуумна дестилация се използват или дифузионни, или турбомолекулярни вакуумни помпи или евакуационни станции. Производителността на вакуумните помпи се избира в зависимост от обема на апарата и количеството изтичане.