Dávková destilace - Batch distillation

Dávková destilace[1] odkazuje na použití destilace v dávkách, což znamená, že se směs destiluje, aby se rozdělila na její složkové frakce, než se destilace opět naplní další směsí a postup se opakuje. To je v rozporu s kontinuální destilace kde se přidává surovina a destilát se odtahuje bez přerušení. Dávková destilace byla vždy důležitou součástí výroby sezónní nebo nízké kapacity a vysoké čistoty Chemikálie. Je to velmi časté separační proces v farmaceutický průmysl.

Dávkový usměrňovač

Schéma dávkového usměrňovače

Nejjednodušší a nejčastěji používanou konfigurací dávkové destilace je dávkový usměrňovač, včetně alembický a hrnec stále Dávkový usměrňovač se skládá z hrnce (nebo vařič ), rektifikační kolona, ​​a kondenzátor, některé způsoby odštěpení části zhuštěný pára (destilát) jako reflux a jeden nebo více přijímačů.

Hrnec je naplněn kapalnou směsí a zahříván. Pára proudí nahoru v usměrňovacím sloupci a kondenzuje nahoře. Obvykle se celý kondenzát zpočátku vrací do kolony jako reflux. Toto stykování páry a kapaliny značně zlepšuje separaci. Obecně se tento krok jmenuje spuštění. První kondenzát je hlavaa obsahuje nežádoucí složky. Posledním kondenzátem je finty a je také nežádoucí, i když dodává chuť. Mezi tím je srdce a to tvoří požadovaný produkt.

Hlava a finty mohou být podle praxe destilátoru vyhozeny, refluxovány nebo přidány do další dávky kaše / džusu. Po určité době se část kondenzátu z hlavy odvádí kontinuálně jako destilát a ten se hromadí v přijímačích a druhá část se recykluje do kolony jako reflux.

Vzhledem k rozdílným tlakům par v destilátu dojde ke změně v destilaci nad hlavou s časem, protože již při dávkové destilaci bude destilát obsahovat vysokou koncentraci složky s vyšší relativní těkavostí. Vzhledem k tomu, že je omezen přísun materiálu a jsou odstraňovány lehčí složky, bude relativní podíl těžších složek s postupem destilace stoupat.

Dávkovač

Schéma dávkovače striptérky

Druhou jednoduchou konfigurací dávkové destilace je dávkový odizolovač. Dávkovač se skládá ze stejných částí jako dávkový usměrňovač. V tomto případě je však nabíjecí nádoba umístěna nad stripovací kolonou.

Během provozu (po naplnění nádoby a spuštění systému) se vysokovroucí složky primárně oddělí od vsázkové směsi. Kapalina v hrnci je ochuzena o vysokovroucí složky a obohacena o nízkovroucí. Vysokovroucí produkt je veden do spodních přijímačů produktu. Zbylý produkt s nízkým bodem varu se odebere z plnicí nádoby. Tento způsob dávkové destilace se v průmyslových procesech používá velmi zřídka.

Schéma sloupu prostředního plavidla

Střední sloup plavidla

Třetí proveditelná konfigurace dávkového sloupce je střední sloupec nádoby. Střední sloupec nádoby se skládá z usměrňovací a odizolovací části a vsázka se nachází ve středu sloupu.

Studie proveditelnosti

Studie proveditelnosti dávkové destilace jsou obecně založeny na analýzách následujících map:

  • Křivka reziduí mapa
  • nehybná mapa cesty
  • mapa destilátu
  • různé mapy profilů sloupců

Během studií proveditelnosti jsou vytvořeny následující základní zjednodušující předpoklady:

  • nekonečný počet rovnovážných stupňů
  • nekonečný refluxní poměr
  • zanedbatelné zadržení zásobníku ve dvou sekcích sloupce
  • kvazi-ustálený stav ve sloupci
  • konstantní molární přetečení

Bernot et al.[2] použila oblasti dávkové destilace k určení sekvence frakcí. Podle Ewella a Welcha[3] oblast dávkové destilace poskytuje stejné frakce po rektifikaci jakékoli směsi ležící v ní. Bernot et al.[2] zkoumal destilační a destilátové cesty pro stanovení regionálních hranic při vysokém počtu stupňů a vysokém refluxním poměru, pojmenovaném maximální separace. Pham a Doherty v průkopnické práci[4] popsal strukturu a vlastnosti map zbytkových křivek pro ternární heterogenní azeotropní směsi. V jejich modelu je možnost fázová separace kondenzované páry zatím není brána v úvahu. Singulární body map zbytkové křivky určené touto metodou byly použity k přiřazení regionů dávkové destilace Rodriguez-Donisem et al.[5][6] a Skouras et al.[7][8] Modla et al.[9] poukázal na to, že tato metoda může přinést zavádějící výsledky pro minimální množství unášeče. Lang a Modla[10] rozšířil metodu Phama a Dohertyho a navrhl novou, obecnou metodu pro výpočet křivek reziduí a pro stanovení dávkových destilačních oblastí heteroazeotropní destilace.

Lelkes et al.[11] zveřejnil metodu proveditelnosti pro oddělení minimálního bodu varu azeotropy kontinuálním dávkováním dávkové destilace. Tato metoda byla použita pro použití unášeče světla v dávkovém usměrňovači a striptérce od Langa et al. (1999)[12] a požádal Lang o maximální azeotrop et al.[13] Modla et al.[9] rozšířil tuto metodu pro dávkovou heteroazeotropní destilaci za kontinuálního krmení unášečem.

Viz také

Reference

  1. ^ Kister, Henry Z. (1992). Destilační design (1. vyd.). McGraw-Hill. ISBN  978-0-07-034909-4.
  2. ^ A b Bernon, Christine; Doherty, Michael F .; Malone, Michael F. (1990). Msgstr "Vzory změny složení ve vícesložkové dávkové destilaci". Věda o chemickém inženýrství. Elsevier BV. 45 (5): 1207–1221. doi:10.1016/0009-2509(90)87114-8. ISSN  0009-2509.
  3. ^ Ewell, R. H .; Welch, L. M. (1945). "Oprava v ternárních systémech obsahujících binární azeotropy". Průmyslová a inženýrská chemie. Americká chemická společnost (ACS). 37 (12): 1224–1231. doi:10.1021 / ie50432a027. ISSN  0019-7866.
  4. ^ Pham, Hoanh N .; Doherty, Michael F. (1990). „Návrh a syntéza heterogenních azeotropních destilací - II. Mapy křivek reziduí“. Věda o chemickém inženýrství. Elsevier BV. 45 (7): 1837–1843. doi:10.1016/0009-2509(90)87059-2. ISSN  0009-2509.
  5. ^ Rodríguez Donis, Ivonne; Gerbaud, Vincent; Joulia, Xavier (2002). "Proveditelnost heterogenních dávkových destilačních procesů". AIChE Journal. Wiley. 48 (6): 1168–1178. doi:10,1002 / aic.690480605. ISSN  0001-1541.
  6. ^ Donis, Ivonne Rodríguez; Esquijarosa, Jhoany Acosta; Gerbaud, Vincent; Joulia, Xavier (2003). „Heterogenní vsázková extrakční destilace minimálně vroucích azeotropních směsí“. AIChE Journal. Wiley. 49 (12): 3074–3083. doi:10,1002 / aic.690491209. ISSN  0001-1541.
  7. ^ Skouras, S .; Kiva, V .; Skogestad, S. (2005). "Realizovatelné separace a pravidla pro výběr entraineru pro heteroazeotropní dávkovou destilaci". Věda o chemickém inženýrství. Elsevier BV. 60 (11): 2895–2909. doi:10.1016 / j.ces.2004.11.056. ISSN  0009-2509.
  8. ^ Skouras, S .; Skogestad, S .; Kiva, V. (2005). "Analýza a kontrola heteroazeotropní vsádkové destilace". AIChE Journal. Wiley. 51 (4): 1144–1157. doi:10.1002 / aic.10376. ISSN  0001-1541.
  9. ^ A b Modla, G .; Lang, P .; Kotai, B .; Molnar, K. (2003). "Hromadná heteroazeotropní rektifikace směsi s nízkým obsahem α za nepřetržitého krmení unášečem". AIChE Journal. Wiley. 49 (10): 2533–2552. doi:10,1002 / aic.690491009. ISSN  0001-1541.
  10. ^ Lang, P .; Modla, G. (2006). "Zobecněná metoda pro stanovení heterogenních dávkových destilačních oblastí". Věda o chemickém inženýrství. Elsevier BV. 61 (13): 4262–4270. doi:10.1016 / j.ces.2006.02.004. ISSN  0009-2509.
  11. ^ Lelkes, Z .; Lang, P .; Moszkowicz, P .; Benadda, B .; Otterbein, M. (1998). "Dávková extrakční destilace: proces a provozní politiky". Věda o chemickém inženýrství. Elsevier BV. 53 (7): 1331–1348. doi:10.1016 / s0009-2509 (97) 00420-x. ISSN  0009-2509.
  12. ^ Lang, P .; Lelkes, Z .; Otterbein, M .; Benadda, B .; Modla, G. (1999). "Studie proveditelnosti pro vsázkovou extrakční destilaci s unášečem světla". Počítače a chemické inženýrství. Elsevier BV. 23: S93 – S96. doi:10.1016 / s0098-1354 (99) 80024-6. ISSN  0098-1354.
  13. ^ Lang, P .; Modla, G .; Benadda, B .; Lelkes, Z. (2000). „Homoazeotropní destilace maximálních azeotropů v dávkovém usměrňovači s kontinuálním napájením unášeče I. Studie proveditelnosti“. Počítače a chemické inženýrství. Elsevier BV. 24 (2–7): 1665–1671. doi:10.1016 / s0098-1354 (00) 00448-8. ISSN  0098-1354.

Další čtení

  • Perry, Robert H. & Green, Don W. (1984). Příručka Perryho chemického inženýra (7. vydání). McGraw-Hill. ISBN  978-0-07-049841-9.
  • Johann G. Stichlmair; James R. Fair (1998). Destilace: zásady a praxe. Wiley-VCH. ISBN  978-0-471-25241-2.
  • I.M. Mujtaba (2004). Dávková destilace: návrh a provoz. Imperial College Press. ISBN  978-1-86094-437-6.
  • Hilmen Eva-Katrine, Separace azeotropních směsí: Nástroje pro analýzu a studium dávkové destilace, Thesis, Norwegian University of Science and Technology Department of Chemical Engineering, (2000).
  • Beychok, Milton (květen 1951). „Algebraické řešení McCabe-Thieleho diagramu“. Pokrok chemického inženýrství.

externí odkazy