Aseotroopne Destilleerimine: Vedelate Segude Eraldamine

Insenerina või inseneriüliõpilasena otsite alati võimalusi vedelate segude eraldamiseks ja puhastamiseks, mis on kiire ja lihtne.

Kuid te ei pruugi aseotroopsest destilleerimisest teada.

See protsess mitte ainult ei eralda segusid, vaid võib valmistada ka puhtaid komponente, mida traditsiooniliste destilleerimismeetoditega on raske teha.

Aseotroopne destilleerimine on keeruline, kuid huvitav protsess, mis on muutunud väga oluliseks inseneri- ja keemiatööstuses.

Selles artiklis selgitan, kuidas aseotroopne destilleerimine töötab, samuti selle eeliseid, puudusi ja tavalisi kasutusviise.

Nende teadmiste abil saate viia oma eraldustehnikad järgmisele tasemele.

Aseotroopse destilleerimise sissejuhatus

Ametlik määratlus:

Protsess, mille käigus vedel segu eraldatakse täiendava aine või lahusti abil puhasteks komponentideks.

Aseotroopne destilleerimine on viis segu osade eraldamiseks, valmistades aseotroopi, mis on osade segu, mis keeb samal temperatuuril.

Destilleerimist ei saa kasutada seda tüüpi segu osadeks eraldamiseks, kuna kõigis osades on sama kogus auru ja vedelikku.

Ekstraheeriv destilleerimine on seevastu sarnane viis segude eraldamiseks, kuid lahusti asemel kasutatakse segude eraldamiseks lahustit.

Aseotroopne destilleerimine

Aseotroopsel destilleerimisel kasutatakse segu erinevate osade lenduvuse muutmiseks kaasakandjat, mis võimaldab neid eraldada.

Kombineerides ühe või mitu komponenti kandjaga, valmistatakse uus aseotroop.

Seda uut aseotroopi saab algsest segust eraldada fraktsioneeriva destilleerimisega.

Kaasaaine on tavaliselt segu osa, millel on teiste osadega võrreldes madal keemispunkt ja kõrge suhteline lenduvus.

Kui segu moodustab minimaalse keemistemperatuuriga aseotroopi, mis on madalaima keemistemperatuuriga aseotroop, ühineb kaasakandja algse segu lenduvama osaga, moodustades aseotroopi.

Sellisel juhul aurustub esmalt madalaima keemistemperatuuriga aseotroop, mis moodustub kandja lisamisel.

Seda nimetatakse destillaadiks.

Kui ei, siis kui koos kaasakandjaga moodustub maksimaalse keemistemperatuuriga aseotroop, aurustub algse segu lenduvam osa esmalt.

See võimaldab fraktsioneeriva destilleerimisega eraldada algse segu osad.

Ekstraheeriv destilleerimine

Ekstraheeriva destilleerimise korral peab iga segu kasutama erinevat eralduslahustit ja lahustid ei tohiks kalduda moodustama aseotroopi.

Lahusti muudab segu auru-vedeliku tasakaalu, mis võimaldab osi eraldada.

Aseotroope moodustavate segude eraldamiseks saab kasutada ekstraheerivat destilleerimist, mis aseotroopse destilleerimise korral pole võimalik.

Pidevalt keevad segud

Konstantsel kiirusel keev segu, mida nimetatakse ka "aseotroopseks" seguks, mõjutab ideaalsest vähem sobivate segude (aseotroopide) fraktsioneerivat destilleerimist.

Kui Raoult' seadust rikutakse positiivselt, moodustab see aururõhukõvera, mille maksimaalne väärtus ei ole puhas A ega puhas B.

Kui nendes segudes on palju auru, on nende keemistemperatuur madal.

Molekulid liiguvad kergesti ja ainult fraktsioneerivast destilleerimisest ei piisa puhta etanooli saamiseks, kuna selles on ikkagi vett ja muid lisandeid.

Keeruliste eraldamiste kunst: aseotroopse destilleerimise uurimine

Ikka raske saada ja raske mõista? Lubage mul veidi vaatenurka muuta:

Kas olete väsinud samadest vanadest igavatest destilleerimisprotsessidest, mis lihtsalt eraldavad segusid ilma täiendavat elegantsi lisamata? Kas soovite muuta oma eraldumistehnikad raskemaks ja segasemaks, kui need peavad olema? Noh, mul on teile vastus! Aseotroopne destilleerimine on protsess, mis nõuab lihtsat eraldamist ja muudab selle lisaainete ja lahustite rägastikuks.

Miks kasutada segude eraldamiseks ainult ühte asja, kui võite kasutada kahte või kolme? Kes tahab olla lihtne, kui sina võid olla keeruline? Aseotroopne destilleerimine: mõnikord on parim viis osade puhastamiseks muuta protsess võimalikult keeruliseks.

OK, see oli lihtsalt telereklaamiks maskeeritud nali. Nüüd pöördume tagasi selgituse juurde.

Aseotroopne destilleerimisprotsess

Aseotroopsel destilleerimisel on palju eeliseid muude asjade eraldamise viiside ees, näiteks see, kui lihtne on eraldada kandjat ja soovitud toodet, kui lihtne on seda kasutada, kui vähe energiat see kasutab ja kui odav see on.

Kaasaja tüübid

Aseotroopse destilleerimise jaoks on kolme tüüpi kaasahaarajaid: homogeensed, heterogeensed ja ekstraheerivad.

Homogeensed kandjad võivad seguneda kõigi sööda komponentidega, kuid heterogeensed kandjad moodustavad kaks vedelat faasi, mida ei saa seguneda.

Ekstraheerivad ained ei moodusta aseotroopi ühegi söödakomponendiga.

Selle asemel eemaldavad nad ainult polaarsemad või vähem polaarsed komponendid, lähtudes nende polaarsusest.

Homogeenne ja heterogeenne aseotroopne destilleerimine

Aseotroopset destilleerimist on kahte tüüpi, mida nimetatakse homogeenseks ja heterogeenseks, mis sõltuvad sellest, kuidas kaasaskandja söödaseguga suhtleb.

Homogeenset aseotroopset destilleerimist on lihtsam kasutada ja see on tõhusam kui heterogeenset aseotroopset destilleerimist, kuna kaasakandja võib seguneda kõigi söödas sisalduvate komponentidega.

Heterogeense aseotroopse destilleerimise puhul kasutatakse seevastu eraldusainet, mis ei saa seguneda ühegi söödasegu osaga.

See võib põhjustada kolonni rikke väikeste rõhumuutuste korral või dekanteri väljalülitumist väikeste lekete korral.

Seega mõjutab seda rohkem selle käitamine kui homogeenne aseotroopne destilleerimine.

Aseotroopse destilleerimise piirangud

Aseotroopsel destilleerimisel on mõningaid eeliseid, kuid sellel on ka probleeme.

Mõnda lahust ei saa ka destilleerimisega eraldada, kui nende auru-vedeliku tasakaaluolekus on aseotroope.

Samuti võib aseotroopse aine valik protsessile suurt mõju avaldada ja kui seda ei käsitleta õigesti, võib see saastada keskkonda.

Samuti kulutab aseotroopse destilleerimise kasutamine endiselt palju energiat ja see ei pruugi alati anda sihttoodete jaoks vajalikku puhtust.

Aseotroopse destilleerimise rakendused

Etanooli dehüdratsioon

Üks tuntumaid aseotroopse destilleerimise viise on vee eemaldamine etanooli ja vee segudest.

Aseotroopne segu läheb viimasesse kolonni, kus toimub aseotroopne destilleerimine.

Varem kasutati selleks palju erinevaid kaasahaarajaid, kuid kõige rohkem kasutati benseeni, kuni leiti, et see põhjustab vähki.

Enamasti kasutatakse tänapäeva teaduses etanooli-vee aseotroopi purustamiseks tsükloheksaani.

See protsess on väga oluline kütuse-etanoolitööstuses, kus etanoolist tuleb vett välja võtta, et mootorid ei laguneks ja etanooli hulk kütusesegudes suureneks.

Heterogeenne aseotroopne destilleerimine

Eraldi faasi moodustava kanduri lisamine on osa tööstuslike aseotroopsete destilleerimismeetodite alamhulgast.

Sarnaselt ekstraheeriva destilleerimisega nimetatakse seda uue faasi tekitava kandja lisamise protsessi kaasahaaramiseks.

Levinud viis selle meetodi kasutamiseks on benseeni segamine vee ja etanooliga, et saada uus heterogeenne madalama keemistemperatuuriga aseotroop, mida saab tavapärasel viisil eraldada.

See meetod on eriti kasulik orgaaniliste lahustite lisanditest vabanemiseks, eeterlike õlide puhastamiseks ja süsivesinike tagasisaamiseks.

Muud kasutusalad

Aseotroopsel destilleerimisel on tööstuses peale etanooli dehüdratsiooni ja heterogeense aseotroopse destilleerimise mitmeid kasutusviise, näiteks:

• Isomeere, millel on peaaegu samad füüsikalised ja keemilised omadused, saab eraldada aseotroopse destilleerimisega.
• Aseotroopset destilleerimist kasutatakse farmaatsia-, keemia- ja polümeeritööstuses lahustite eraldamiseks jäätmevoogudest.
• Happelised gaasid eemaldatakse maagaasivoogudest, kasutades protsessi, mida nimetatakse aseotroopseks destilleerimiseks.
• Eeterlike õlide eraldamine: Aseotroopset destilleerimist kasutatakse eeterlike õlide eraldamiseks ja puhastamiseks taimsest ainest.
• Vee eemaldamine lahustitest: Aseotroopset destilleerimist kasutatakse keemia- ja farmaatsiatööstuses vee eemaldamiseks lahustitest.

Aseotroopse destilleerimise väljakutsed

Aseotroopne destilleerimine on hea viis aseotroopsete segude eraldamiseks, kuid sellega kaasnevad mõned väljakutsed, millega tuleb parimate tulemuste saamiseks tegeleda.

Koolitaja valik:

AD protsesside sünteesil ja kontseptuaalsel kujundamisel on kaasakandja valik väga oluline, sest see määrab eraldamise järjekorra.

Kaasakandja peab moodustama ühe segu komponendiga tugeva aseotroopi ja olema soovitud tootest kergesti eraldatav.

Kaasakandja valik mõjutab toote kvaliteeti ja puhtust ning kui seda ei kasutata õigesti, võib see saastada ka keskkonda.

Liigse kaasaja mõjud:

Liigse koguse kandja lisamine võib põhjustada energiatarbimise suurenemist, kuna lisakandja tuleb soovitud tootest eraldada.

See võib tõsta toote valmistamise kulusid ja halvendada ka selle kvaliteeti.

Mõnel juhul võib liigne kandja põhjustada kolmanda aseotroopi moodustumist, mis võib eraldusprotsessi keerulisemaks muuta.

Ebapiisav kaasaelaja:

Kui kasutate liiga vähe kaasaskantavat ainet, ei pruugi toode täielikult eralduda või ei pruugi olla nii puhas.

Seega tuleks aseotroopse destilleerimise korral optimeerida kaasaskandja kogust, et soovitud eraldus- ja puhtusetase oleks võimalik saavutada minimaalse energia ja kuluga.

Kuidas aseotroope valmistatakse:

Kui kandur muudab aseotroopse segu suhtelist lenduvust, moodustab see kas maksimaalse keemistemperatuuri või minimaalse keemistemperatuuriga aseotroopi.

Kaasaja lisamine võib veelgi suurendada aseotroopse komponendi puhtust.

Kuid kui valite liiga palju või liiga vähe kaasaskantavat ainet, võib see muuta eraldusprotsessi toimimist.

Pärast aseotroopset punkti:

Aseotroopse segu destilleerimine kaugemale selle aseotroopsest punktist on võimalik, kuid see protsess kasutab alternatiivseid kulukaid eraldusmeetodeid, nagu rõhumuutusega destilleerimine.

Selle asemel, et püüda destilleerida aseotroopsest punktist mööda, on hea eraldumise saavutamiseks oluline leida õige kogus kaasakandjat.

Aseotroopne destilleerimine praktikas

Aseotroopse destilleerimise kaasavõtjad

Kuna see võib veega moodustada madala keemistemperatuuriga aseotroopi, kasutati aseotroopide destilleerimisel sageli benseeni.

Tolueen on siiski parem kui benseen, sest benseen võib põhjustada vähki.

Kaasakandja töötab hästi, kui seda saab kombineerida ühe söödasegu komponendiga, et saada uus aseotroop.

See muudab komponentide suhtelist volatiilsust ja võimaldab neid eraldada.

Kandurit peaks olema soovitud tootest lihtne eraldada ja saate selle tagasi saada destilleerimise, dekanteerimise või mõne muu meetodi abil.

Aseotroopse destilleerimise korral sõltub liiga palju kaasaskandja mõju kasutatavast süsteemist.

Kui lisatakse liiga palju kandjat, suureneb kulutatud energia hulk, kuna lisakandja tuleb soovitud tootest eraldada.

See võib tõsta toote valmistamise kulusid ja halvendada ka selle kvaliteeti.

Mõnikord võib liiga palju kaasaskantavat ainet põhjustada kolmanda aseotroopi moodustumist, mis võib eraldamise protsessi raskendada.

Teisest küljest, kui kasutate liiga vähe kaasaskantavat ainet, ei pruugi toode olla täielikult eraldatud või ei pruugi olla nii puhas.

Seega tuleks kasutada õiget kogust kandjat, et saavutada vajalik eraldus- ja puhtusaste minimaalse energia ja kuluga.

Sügavad eutektilised lahustid (DES) muutuvad aseotroopse destilleerimise kaasahaarajatena populaarsemaks, kuna need on keskkonnale paremad kui traditsioonilised lahustid.

Aseotroopseid segusid nagu benseen-tsükloheksaan ja atsetonitriil-vesi on DES-iga lihtne eraldada.

DES-i saab kasutada ka tehnikas, mida nimetatakse "ekstraktiivseks destilleerimiseks", mis sarnaneb destilleerimisega ja hõlmab lahusti lisamist, et saada üks toitesegu osadest välja.

Aseotroopne destilleerimine võrreldes aurudestilleerimisega

Aurudestillatsiooniga eraldatakse orgaanilistest materjalidest kuumustundlikud materjalid, nagu looduslikud aromaatsed ühendid.

Aseotroopse segu osade eraldamiseks kasutatakse aga aseotroopset destilleerimist.

Aseotroopseid segusid on traditsioonilise destilleerimisega raske eraldada, kuna nende keemistemperatuur jääb samaks ja aurud on samad, mis vedelal segul.

Kuna kuumuse suhtes tundlike materjalide eraldamiseks kasutatakse aurudestillatsiooni, on raske öelda, milline on vee ja tolueeni aseotroopne temperatuur.

Tolueen ja vesi seevastu moodustavad 84,1 °C juures aseotroopi, mis koosneb 22,85% veest ja 77,15% tolueenist.

Kuna see toimib ühe ühendina, ei saa selle koostisega tolueeni ja vee segu lihtsa destilleerimisega edasi eraldada.

Saate selle segu eraldada, kasutades aseotroopset destilleerimist kaasaskandjaga või ekstraheerivat destilleerimist lahustiga.

Video: aseotroopide nihkumine ja eraldamine

Nõuanne. Lülitage subtiitrite nupp sisse, kui seda vajate. Kui te ei tunne inglise keelt, valige seadete nupust "automaattõlge". Võimalik, et peate esmalt klõpsama video keelel, enne kui teie lemmikkeel muutub tõlkimiseks kättesaadavaks.

Kasutusjuhtumid

Kasutatakse:	Kirjeldus:
Puhastusvesi	Aseotroopset destilleerimist kasutatakse sageli vee puhastamiseks, eriti pooljuhtide ja elektroonikatööstuses, kus on vaja ülipuhast vett. Aseotroopse destilleerimise abil saab kaasaskandja abil valmistada väga väheste lisanditega vett, mida saab kasutada tundlikes olukordades.
Lahusti regenereerimine	Aseotroopset destilleerimist kasutatakse lahustite eraldamiseks reaktsioonisegudest. See võimaldab kalleid või raskesti leitavaid lahusteid koguda ja uuesti kasutada. Näiteks saab aseotroopset destilleerimist kasutada etanooli eraldamiseks veest, mida saab seejärel kasutada biokütuste tootmiseks või muudel tööstuslikel eesmärkidel.
Eeterlike õlide ekstraheerimine	Populaarne viis eeterlike õlide saamiseks taimedest on kasutada aseotroopset destilleerimist. Aseotroopse destilleerimise abil saab taimedest välja saada rohkem eeterlikke õlisid, kui seda kasutatakse traditsioonilise aurudestilleerimisega. See tähendab, et õlid on kvaliteetsemad ja annavad rohkem saaki.
Polümeeride puhastamine	Aseotroopset destilleerimist saab kasutada polümeeridest lisandite eemaldamiseks, mis võivad muuta nende omadusi või nende toimimist. Näiteks saab aseotroopset destilleerimist kasutada polüstüreeni puhastamiseks, eemaldades kõik järelejäänud monomeerid ja muud lisandid, mis võivad polümeeri toimimist muuta.
Farmaatsia tootmine	Aseotroopset destilleerimist kasutatakse sageli reaktsioonisegude eraldamiseks ja puhastamiseks ravimite tootmisel. Näiteks saab aseotroopset destilleerimist kasutada reaktsioonisegude eraldamiseks ja puhastamiseks antibiootikumide valmistamisel, mille tulemuseks on kõrge puhtusastmega tooted.

Järeldus

Kokkuvõtteks võib öelda, et aseotroopne destilleerimine on kasulik viis keeruliste segude eraldamiseks nende puhasteks osadeks.

See on võimas tööriist inseneridele ja teadlastele tänu ainulaadsele võimele valmistada kiiresti puhtaid komponente.

Kuid nagu igal eraldusmeetodil, on ka sellel omad piirid ja see vajab hoolikalt läbimõtlemist segu koostise, kandja valiku ja protsessitingimuste üle, et see toimiks hästi.

Kui jätkate aseotroopse destilleerimise võimaluste uurimist, pidage meeles, et see protsess pole mitte ainult tehniline väljakutse, vaid ka võimalus loominguliseks probleemide lahendamiseks ja uuteks ideedeks.

Kui mõelda aseotroopsele destilleerimisele õigesti, võib see kaasa tuua uusi inseneriavastusi ja ideid.

Nii et hoidke avatud meelt ja proovige uusi asju. Võimalusi on palju.