La columna de destilación ( sin. aparato de columna de destilación ) es un dispositivo utilizado en los procesos de destilación , destilación extractiva , extracción de líquidos , intercambio de calor entre vapor y líquido , y en otros procesos [1] . El mismo principio de funcionamiento de una columna de destilación se utiliza tanto en instrumentos de laboratorio relativamente simples como en instalaciones industriales complejas en las industrias de refinación de petróleo , petroquímica, química , gas , cervecera y otras. Las columnas de destilación industrial pueden tener hasta 16 metros de diámetro y 90 metros o más de altura.
La rectificación se conoce desde principios del siglo XIX como uno de los procesos tecnológicos más importantes, principalmente en las industrias del alcohol y del aceite . Actualmente, la rectificación se utiliza en todo el mundo en varios campos de la tecnología química, donde el aislamiento de los componentes en forma pura es muy importante (en la producción de síntesis orgánica , isótopos , polímeros , semiconductores y varias otras sustancias de alta pureza). La rectificación es un proceso de evaporación y condensación repetidas , durante el cual la mezcla inicial se separa en 2 o más componentes, y la fase de vapor se satura con uno o más componentes altamente volátiles (de bajo punto de ebullición), y la parte líquida de la mezcla está saturado con uno o más componentes altamente volátiles (de alto punto de ebullición).
La mezcla de alimentación, calentada a la temperatura de alimentación tf en fase de vapor, líquido-vapor o líquida, entra en la columna como alimentación ( Gf ). La zona en la que se suministra energía se llama evaporativa (del latín evaporatio - evaporación), ya que hay un proceso de evaporación , una separación única de vapor de líquido.
El vapor sube a la parte superior de la columna, se enfría, se condensa en un condensador y se retroalimenta a la placa superior de la columna como reflujo ( reflujo ). Así, en la parte superior de la columna (reforzamiento), los vapores se mueven a contracorriente (de abajo hacia arriba) y el líquido fluye hacia abajo (de arriba hacia abajo). Al fluir por las placas, el líquido se enriquece con componentes de alto punto de ebullición y el vapor sube a la parte superior de la columna, enriquecido con componentes de bajo punto de ebullición. Así, el producto de cabeza se enriquece en el componente de bajo punto de ebullición. El producto extraído de la parte superior de la columna se denomina destilado. La parte del destilado condensado en el condensador y devuelto de nuevo a la columna se denomina reflujo o reflujo. La relación entre la cantidad de reflujo que regresa a la columna y la cantidad de destilado extraído se denomina número de flema .
Para crear un flujo de vapor ascendente en la parte inferior (inferior, de extracción) de la columna de destilación, una parte del líquido inferior se envía a un intercambiador de calor, los vapores resultantes se retroalimentan debajo de la placa inferior de la columna.
El líquido del fondo, que desciende por las placas, se enriquece con un componente de alto punto de ebullición y los vapores se enriquecen con un componente de bajo punto de ebullición [2] .
En caso de que el producto overclockeado consista en dos componentes, los productos finales son el destilado que sale de la parte superior de la columna y los fondos (el componente menos volátil en forma líquida que fluye desde la parte inferior de la columna). La situación se vuelve más complicada si es necesario separar una mezcla que consta de un gran número de fracciones. En este caso se utilizan dispositivos similares a los que se muestran en la imagen.
Las plantas de destilación según el principio de funcionamiento se dividen en periódicas y continuas. En unidades continuas, la mezcla cruda a separar ingresa a la columna y los productos de separación se eliminan continuamente de ella. En unidades por lotes, la mezcla a separar se carga en el cubo a la vez, y se realiza la rectificación hasta obtener productos de una determinada composición final.
Las columnas de destilación industrial pueden alcanzar los 80 metros de altura y más de 6,0 metros de diámetro.
En las columnas de destilación se utilizan placas como dispositivos de contacto, que dieron el nombre al término, y boquillas. El relleno que llena la columna puede ser de metal, cerámica, vidrio y otros elementos de varias formas (por ejemplo, anillos de Raschig ). La transferencia de masa se lleva a cabo en la superficie desarrollada de estos elementos. Con un aumento de la superficie específica del relleno, aumenta la eficiencia de separación en la columna, pero al mismo tiempo aumenta la resistencia hidráulica de la columna y disminuye su productividad.
Según un número de diámetros normales, los aparatos de columna se fabrican con los siguientes diámetros de cuerpo (m):
Las columnas de destilación constan de varios componentes, cada uno de los cuales se utiliza para transferir energía térmica o para mejorar la transferencia de material.
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