Distilim Azeotropik: Ndarja E Përzierjeve Të Lëngshme

Si inxhinier ose student i inxhinierisë, ju gjithmonë kërkoni mënyra për të ndarë dhe pastruar përzierjet e lëngshme që janë të shpejta dhe të lehta.

Por ju mund të mos dini për distilimin azeotropik.

Ky proces jo vetëm që ndan përzierjet, por gjithashtu mund të bëjë përbërës të pastër, gjë që është e vështirë të bëhet me metodat tradicionale të distilimit.

Distilimi azeotropik është një proces i ndërlikuar por interesant që është bërë shumë i rëndësishëm në industrinë inxhinierike dhe kimike.

Në këtë artikull, unë do të shpjegoj se si funksionon distilimi azeotropik, si dhe përfitimet, të metat dhe përdorimet e zakonshme të tij.

Me këtë njohuri, ju do të jeni në gjendje t'i çoni teknikat tuaja të ndarjes në nivelin tjetër.

Hyrje në distilimin Azeotropik

Përkufizimi zyrtar:

Një proces me të cilin një përzierje e lëngshme ndahet në përbërës të pastër me ndihmën e një substance ose tretësi shtesë.

Distilimi azeotropik është një mënyrë për të ndarë pjesët e një përzierjeje duke bërë një azeotrop, i cili është një përzierje e pjesëve që zien në të njëjtën temperaturë.

Distilimi nuk mund të përdoret për të ndarë këtë lloj përzierjeje në pjesët e saj, sepse të gjitha pjesët kanë të njëjtën sasi avulli dhe lëngu.

Distilimi ekstraktues, nga ana tjetër, është një mënyrë e ngjashme për të ndarë përzierjet, por në vend të një shtese, ai përdor një tretës për të ndarë përzierjet.

Distilimi Azeotropik

Në distilimin azeotropik, përdoret një entrainer për të ndryshuar se sa të paqëndrueshme janë pjesët e ndryshme të përzierjes, gjë që bën të mundur ndarjen e tyre.

Duke kombinuar një ose më shumë nga përbërësit me futësin, krijohet një azeotrop i ri.

Ky azeotrop i ri mund të ndahet nga përzierja origjinale me distilim të pjesshëm.

Zgjedhësi është zakonisht një pjesë e përzierjes që ka një pikë vlimi të ulët dhe një paqëndrueshmëri relative të lartë në krahasim me pjesët e tjera.

Nëse përzierja formon një azeotrop me vlim minimal, i cili është azeotropi me pikën më të ulët të vlimit, futësi do të kombinohet me pjesën më të paqëndrueshme të përzierjes origjinale për të formuar një azeotrop.

Në këtë rast, azeotropi me pikën më të ulët të vlimit që formohet kur shtohet futësi avullon i pari.

Ky quhet distilat.

Nëse jo, nëse një azeotrop me pikën maksimale të vlimit formohet me futësin, pjesa më e paqëndrueshme e përzierjes origjinale do të avullojë së pari.

Kjo bën të mundur që distilimi i pjesshëm të ndajë pjesët e përzierjes origjinale.

Distilimi Ekstraktues

Në distilimin ekstraktues, çdo përzierje duhet të përdorë një tretës të ndryshëm ndarës dhe tretësit nuk duhet të priren të formojnë një azeotrop.

Tretësi ndryshon ekuilibrin avull-lëng të përzierjes, gjë që bën të mundur ndarjen e pjesëve.

Distilim ekstraktues mund të përdoret për të ndarë përzierjet që tentojnë të formojnë azeotrope, gjë që nuk është e mundur me distilimin azeotropik.

Përzierje me zierje të vazhdueshme

Një përzierje që vlon me një shpejtësi konstante, e quajtur gjithashtu një përzierje "azeotropike", ka efekte në distilimin e pjesshëm të përzierjeve më pak se ideale (azeotrope).

Nëse Ligji i Raoult thyhet në një mënyrë pozitive, ai krijon një kurbë të presionit të avullit me një vlerë maksimale që nuk është A e pastër ose B e pastër.

Nëse këto përzierje kanë shumë avull, pikat e tyre të vlimit do të jenë të ulëta.

Molekulat lëvizin lehtësisht dhe vetëm distilimi i pjesshëm nuk mjafton për të marrë etanol të pastër, sepse do të ketë akoma ujë dhe papastërti të tjera.

Arti i ndarjeve të komplikuara: Eksplorimi i distilimit Azeotropik

Ende e vështirë për t'u kuptuar dhe e vështirë për t'u kuptuar? Më lejoni të ndryshoj pak këndvështrimin:

Jeni të lodhur nga të njëjtat procese distilimi të mërzitshme që thjesht ndajnë përzierjet pa shtuar ndonjë dhunti shtesë? Dëshironi t'i bëni teknikat tuaja të ndarjes më të vështira dhe më konfuze sesa duhet? Epo, unë kam përgjigjen për ju! Distilimi azeotropik është një proces që merr një ndarje të thjeshtë dhe e kthen atë në një labirint substancash dhe tretësish shtesë.

Pse të përdorni vetëm një gjë për të ndarë përzierjet kur mund të përdorni dy ose tre? Kush dëshiron të jetë i thjeshtë kur mund të jesh i komplikuar? Distilimi azeotropik: Ndonjëherë, mënyra më e mirë për të pastruar pjesët tuaja është ta bëni procesin sa më të komplikuar që të jetë e mundur.

OK, kjo ishte vetëm një shaka e maskuar si një reklamë televizive. Tani le të kthehemi te shpjegimi.

Procesi i distilimit Azeotropik

Distilimi azeotropik ka shumë përparësi ndaj mënyrave të tjera për të ndarë gjërat, si për shembull sa e lehtë është të ndash futësin dhe produktin që dëshiron, sa i lehtë është për t'u përdorur, sa pak energji përdor dhe sa i lirë është.

Llojet e futësve

Për distilimin azeotropik, ekzistojnë tre lloje të bartësve: homogjenë, heterogjenë dhe ekstraktues.

Ngjitësit homogjenë mund të përzihen me të gjithë përbërësit e ushqimit, por futësit heterogjenë formojnë dy faza të lëngshme që nuk mund të përzihen.

Nxitësit ekstraktues nuk bëjnë një azeotrop me asnjë nga përbërësit e ushqimit.

Në vend të kësaj, ata heqin vetëm komponentët më polare ose më pak polare bazuar në polaritetin e tyre.

Distilimi Azeotropik Homogjen dhe Heterogjen

Ekzistojnë dy lloje të distilimit azeotropik, të quajtura homogjenë dhe heterogjenë, që varen nga mënyra se si ndërvepron ndërvepruesi me përzierjen e ushqimit.

Distilimi homogjen azeotropik është më i lehtë për t'u përdorur dhe më efikas se distilimi heterogjen azeotropik, sepse futësi mund të përzihet me të gjithë përbërësit në ushqim.

Distilimi heterogjen azeotropik, nga ana tjetër, përdor një intrainer që nuk mund të përzihet me asnjë nga pjesët e përzierjes së ushqimit.

Kjo mund të shkaktojë dështimin e kolonës me ndryshime të vogla të presionit ose mbylljen e dekanterit me rrjedhje të vogla.

Pra, ndikohet më shumë nga mënyra se si drejtohet sesa distilimi homogjen azeotropik.

Kufizimet e distilimit Azeotropik

Distilimi azeotropik ka disa përfitime, por ka edhe disa probleme.

Disa tretësirë ​​nuk mund të ndahen gjithashtu me distilim nëse ato kanë azeotrope në gjendjet e tyre të ekuilibrit avull-lëng.

Gjithashtu, zgjedhja e agjentit azeotropik mund të ketë një efekt të madh në proces dhe, nëse nuk trajtohet siç duhet, mund të ndotë mjedisin.

Gjithashtu, përdorimi i distilimit azeotropik përdor ende shumë energji dhe mund të mos prodhojë gjithmonë nivelin e pastërtisë që nevojitet për produktet e synuara.

Aplikimet e distilimit Azeotropik

Dehidratimi i etanolit

Një nga mënyrat më të njohura të përdorimit të distilimit azeotropik është heqja e ujit nga përzierjet e etanolit dhe ujit.

Përzierja azeotropike shkon në kolonën e fundit, ku ndodh distilimi azeotropik.

Në të kaluarën, për këtë përdoreshin shumë përbërës të ndryshëm, por më së shumti përdorej benzeni derisa u zbulua se shkakton kancer.

Shumicën e kohës, cikloheksani përdoret për të thyer azeotropin etanol-ujë në shkencën moderne.

Ky proces është shumë i rëndësishëm në industrinë e etanolit të karburantit, ku uji duhet të hiqet nga etanoli për të parandaluar prishjen e motorëve dhe për të rritur sasinë e etanolit në përzierjet e karburantit.

Distilimi heterogjen azeotropik

Shtimi i një mbushësi që bën një fazë të veçantë është pjesë e një nëngrupi të metodave industriale të distilimit azeotropik.

Ngjashëm me distilimin ekstraktues, ky proces i shtimit të një entrainer që krijon një fazë të re quhet entrainment.

Një mënyrë e zakonshme për të përdorur këtë metodë është përzierja e benzenit me ujë dhe etanol për të krijuar një azeotrop të ri heterogjen me një pikë vlimi më të ulët që mund të ndahet në mënyrën e zakonshme.

Kjo metodë është veçanërisht e dobishme për heqjen e papastërtive në tretës organikë, pastrimin e vajrave esenciale dhe rikthimin e hidrokarbureve.

Përdorime të tjera

Distilimi azeotropik ka një sërë përdorimesh në industri përveç dehidrimit të etanolit dhe distilimit heterogjen azeotropik, si p.sh.

• Izomerët, të cilët kanë pothuajse të njëjtat veti fizike dhe kimike, mund të ndahen duke përdorur distilimin azeotropik.
• Distilimi azeotropik përdoret në industritë farmaceutike, kimike dhe polimere për të kthyer tretësit nga rrjedhat e mbetjeve.
• Gazrat acide nxirren nga rrjedhat e gazit natyror duke përdorur një proces të quajtur distilim azeotropik.
• Ndarja e vajrave esenciale: Distilim azeotropik përdoret për të ndarë dhe pastruar vajrat esenciale nga lënda bimore.
• Largimi i ujit nga tretësit: Distilimi azeotropik përdoret në industrinë kimike dhe farmaceutike për të hequr ujin nga tretësit.

Sfidat në distilimin Azeotropik

Distilimi azeotropik është një mënyrë e mirë për të ndarë përzierjet azeotropike, por ai vjen me disa sfida që duhet të trajtohen për të marrë rezultatet më të mira.

Zgjedhja e hyrjes:

Në sintezën dhe projektimin konceptual të proceseve të AD, zgjedhja e një shtese është shumë e rëndësishme sepse përcakton rendin e ndarjes.

Zgjedhësi duhet të formojë një azeotrop të fortë me një nga përbërësit e përzierjes dhe të jetë i lehtë për t'u ndarë nga produkti që dëshironi.

Zgjedhja e mbushësit ndikon në cilësinë dhe pastërtinë e produktit dhe nëse nuk përdoret siç duhet, mund të ndotë edhe mjedisin.

Efektet e tepërta të entuziazmit:

Shtimi i një sasie të tepërt të mbushësit mund të shkaktojë një rritje të konsumit të energjisë, pasi mbushësi shtesë duhet të ndahet nga produkti i dëshiruar.

Kjo mund të rrisë koston e prodhimit të produktit dhe gjithashtu mund të ulë cilësinë e tij.

Në disa raste, një tepricë e intrainerit mund të çojë në formimin e një azeotropi të tretë, i cili mund të komplikojë procesin e ndarjes.

Instruktor i pamjaftueshëm:

Nëse përdorni shumë pak mbushës, produkti mund të mos jetë plotësisht i ndarë ose mund të mos jetë aq i pastër.

Pra, në distilimin azeotropik, sasia e bartësit duhet të optimizohet në mënyrë që niveli i dëshiruar i ndarjes dhe pastërtisë të arrihet me sasinë më të vogël të energjisë dhe kostos.

Si bëhen Azeotropet:

Kur një futës ndryshon paqëndrueshmërinë relative të një përzierjeje azeotropike, ai formon ose një azeotrop të vlimit maksimal ose minimal të vlimit.

Shtimi i një ushqyesi mund të rrisë më tej pastërtinë e një komponenti azeotropik.

Por nëse zgjidhni shumë ose shumë pak futës, mund të ndryshojë sa mirë funksionon procesi i ndarjes.

Pas pikës Azeotropike:

Distilimi i një përzierjeje azeotropike përtej pikës së saj azeotropike është i mundur, por ky proces përdor teknika alternative të ndarjes me kosto intensive, si distilimi me lëvizje me presion.

Në vend që të përpiqeni të distiloni kalimin e pikës azeotropike, është e rëndësishme të gjeni sasinë e duhur të bartësit për të marrë një ndarje të mirë.

Distilimi Azeotropik në Praktikë

Entrainers në distilimin Azeotropic

Për shkak se mund të formojë një azeotrop me valë të ulët me ujin, benzeni shpesh përdorej si një përbërës në distilimin e azeotropëve.

Megjithatë, tolueni është më i mirë se benzeni, sepse benzeni mund të shkaktojë kancer.

Një mbushës funksionon mirë nëse mund të kombinohet me një nga përbërësit në përzierjen e ushqimit për të bërë një azeotrop të ri.

Kjo ndryshon paqëndrueshmërinë relative të përbërësve dhe bën të mundur ndarjen e tyre.

Energjia duhet të jetë e lehtë për t'u ndarë nga produkti që dëshironi dhe mund ta rifitoni atë duke e distiluar, dekantuar ose ndonjë metodë tjetër.

Në distilimin azeotropik, efekti i sasisë së tepërt të barit varet nga sistemi që përdoret.

Kur shtohet shumë mbushës, sasia e energjisë së përdorur rritet, sepse mbushësi shtesë duhet të ndahet nga produkti i dëshiruar.

Kjo mund të rrisë koston e prodhimit të produktit dhe gjithashtu mund të ulë cilësinë e tij.

Ndonjëherë, sasia e tepërt e barit mund të shkaktojë formimin e një azeotropi të tretë, gjë që mund ta vështirësojë procesin e ndarjes.

Nga ana tjetër, nëse përdorni shumë pak mbushës, produkti mund të mos jetë plotësisht i ndarë ose mund të mos jetë aq i pastër.

Pra, sasia e duhur e mbushësit duhet të përdoret për të marrë nivelin e ndarjes dhe pastërtisë së nevojshme me sasinë më të vogël të energjisë dhe kostos.

Tretësit eutektikë të thellë (DES) po bëhen më të popullarizuar si futës në distilimin azeotropik sepse janë më të mirë për mjedisin sesa tretësit tradicionalë.

Përzierjet azeotropike si benzen-cikloheksan dhe acetonitril-ujë janë të lehta për t'u ndarë me DES.

DES mund të përdoret gjithashtu në një teknikë të quajtur "distilim ekstraktues", i cili është i ngjashëm me distilimin dhe përfshin shtimin e një tretësi për të nxjerrë një nga pjesët e përzierjes së ushqimit.

Distilimi azeotropik në krahasim me distilimin me avull

Me distilimin me avull, materialet e ndjeshme ndaj nxehtësisë si komponimet aromatike natyrore ndahen nga materialet organike.

Distilimi azeotropik, nga ana tjetër, përdoret për të ndarë pjesët e një përzierjeje azeotropike.

Përzierjet që janë azeotropike janë të vështira për t'u ndarë me distilimin tradicional, sepse pikat e tyre të vlimit mbeten të njëjta dhe avujt janë të njëjtë me përzierjen e lëngshme.

Meqenëse distilimi me avull përdoret për të ndarë materialet që janë të ndjeshme ndaj nxehtësisë, është e vështirë të thuhet se cila është temperatura azeotropike e ujit dhe toluenit.

Tolueni dhe uji, nga ana tjetër, formojnë një azeotrop në 84.1 ° C që përbëhet nga 22.85% ujë dhe 77.15 wt% toluen.

Meqenëse vepron si një përbërje e vetme, një përzierje e toluenit dhe ujit me këtë përbërje nuk mund të ndahet më tej me distilim të thjeshtë.

Ju mund ta ndani këtë përzierje duke përdorur distilimin azeotropik me një zbutës ose distilimin ekstraktues me një tretës.

Video: Zhvendosja dhe ndarja e Azeotropeve

Këshillë: Aktivizoni butonin e titrave nëse ju nevojitet. Zgjidhni "përkthim automatik" në butonin e cilësimeve, nëse nuk jeni të njohur me gjuhën angleze. Mund t'ju duhet së pari të klikoni në gjuhën e videos përpara se gjuha juaj e preferuar të bëhet e disponueshme për përkthim.

Raste te perdorimit

Përdorur në:	Përshkrim:
Ujë pastrimi	Distilim azeotropik përdoret shpesh për të pastruar ujin, veçanërisht në industrinë e gjysmëpërçuesve dhe elektronikës ku nevojitet ujë ultra i pastër. Me ndihmën e një entrainer, distilimi azeotropik mund të bëjë ujë me shumë pak papastërti që mund të përdoret në situata të ndjeshme.
Rikuperimi i tretësit	Distilim azeotropik përdoret për të ndarë tretësit nga përzierjet e reaksionit. Kjo lejon që tretësit e shtrenjtë ose të vështirë të gjenden të rikuperohen dhe të përdoren përsëri. Për shembull, distilimi azeotropik mund të përdoret për të ndarë etanolin nga uji, i cili më pas mund të përdoret për të bërë biokarburantet ose për qëllime të tjera industriale.
Nxjerrja e vajit esencial	Një mënyrë popullore për të marrë vajra esencialë nga bimët është përdorimi i distilimit azeotropik. Duke përdorur një zbutës, distilimi azeotropik mund të nxjerrë më shumë vajra esencialë nga bimët sesa distilimi tradicional me avull. Kjo do të thotë që vajrat do të jenë të cilësisë më të lartë dhe do të japin më shumë.
Pastrimi i polimerit	Distilimi azeotropik mund të përdoret për të hequr papastërtitë nga polimerët që mund të ndryshojnë vetitë e tyre ose sa mirë funksionojnë. Për shembull, distilimi azeotropik mund të përdoret për të pastruar polistirenin duke hequr qafe çdo monomer të mbetur dhe papastërti të tjera që mund të ndryshojnë mënyrën se si funksionon polimeri.
Prodhimi farmaceutik	Distilimi azeotropik përdoret shpesh për të ndarë dhe pastruar përzierjet e reaksionit gjatë prodhimit të produkteve farmaceutike. Për shembull, distilimi azeotropik mund të përdoret për të ndarë dhe pastruar përzierjet e reagimit në prodhimin e antibiotikëve, duke rezultuar në produkte me pastërti të lartë.

konkluzioni

Si përfundim, distilimi azeotropik është një mënyrë e dobishme për të ndarë përzierjet e ndërlikuara në pjesët e tyre të pastra.

Është një mjet i fuqishëm për inxhinierët dhe shkencëtarët për shkak të aftësisë së tij unike për të bërë shpejt komponentë të pastër.

Por, si çdo metodë e ndarjes, ajo ka kufijtë e saj dhe ka nevojë për një mendim të kujdesshëm për përbërjen e përzierjes, zgjedhjen e futësit dhe kushtet e procesit për të punuar mirë.

Ndërsa vazhdoni të shikoni në mundësitë e distilimit azeotropik, mbani në mend se ky proces nuk është vetëm një sfidë teknike, por edhe një mundësi për zgjidhje kreative të problemeve dhe ide të reja.

Nëse mendoni për distilimin azeotropik në mënyrën e duhur, ai mund të çojë në zbulime dhe ide të reja inxhinierike.

Pra, mbani një mendje të hapur dhe provoni gjëra të reja. Ka shumë opsione.