Insinöörinä tai insinööriopiskelijana etsit aina tapoja erottaa ja puhdistaa nestemäisiä seoksia, jotka ovat nopeita ja helppoja.
Mutta et ehkä tiedä atseotrooppisesta tislauksesta.
Tämä prosessi ei ainoastaan erottele seoksia, vaan sillä voidaan myös valmistaa puhtaita komponentteja, mikä on vaikeaa tehdä perinteisillä tislausmenetelmillä.
Aseotrooppinen tislaus on monimutkainen mutta mielenkiintoinen prosessi, josta on tullut erittäin tärkeä tekniikan ja kemian teollisuudessa.
Tässä artikkelissa selitän, kuinka atseotrooppinen tislaus toimii, sekä sen edut, haitat ja yleiset käyttötarkoitukset.
Tämän tiedon avulla pystyt viemään erotustekniikkasi uudelle tasolle.
Johdatus azeotrooppiseen tislaukseen
Muodollinen määritelmä:
Prosessi, jossa nestemäinen seos erotetaan puhtaiksi komponenteiksi lisäaineen tai liuottimen avulla.
Atseotrooppinen tislaus on tapa erottaa seoksen osat tekemällä atseotrooppi, joka on osien seos, joka kiehuu samassa lämpötilassa.
Tislauksella ei voida erottaa tällaista seosta osiin, koska kaikissa osissa on sama määrä höyryä ja nestettä.
Uuttislaus taas on samanlainen tapa erotella seoksia, mutta se erottelee sekoittimen sijaan liuotinta.
Aseotrooppinen tislaus
Atseotrooppisessa tislauksessa kuljetinta käytetään muuttamaan seoksen eri osien haihtuvuutta, mikä mahdollistaa niiden erottamisen.
Yhdistämällä yksi tai useampi komponenteista kulhoon saadaan uusi atseotrooppi.
Tämä uusi atseotrooppi voidaan erottaa alkuperäisestä seoksesta jakotislaamalla.
Kuljetusaine on yleensä seoksen osa, jolla on alhainen kiehumispiste ja korkea suhteellinen haihtuvuus muihin osiin verrattuna.
Jos seos muodostaa minimikiehumispisteen atseotroopin, joka on alhaisimman kiehumispisteen omaava atseotrooppi, kulkija yhdistyy alkuperäisen seoksen haihtuvamman osan kanssa muodostaen atseotroopin.
Tällöin haihtuu ensin se atseotrooppi, jonka kiehumispiste on alhaisin ja joka muodostuu, kun kuljetin lisätään.
Tätä kutsutaan tisleeksi.
Jos ei, jos kulkijan kanssa muodostuu atseotrooppi, jolla on korkein kiehumispiste, haihtuvampi osa alkuperäisestä seoksesta haihtuu ensin.
Tämä mahdollistaa jakotislauksen alkuperäisen seoksen osien erottamiseksi.
Uutteen tislaus
Uuttislauksessa kussakin seoksessa on käytettävä erilaista erotusliuotinta, eivätkä liuottimet saa pyrkiä muodostamaan atseotrooppia.
Liuotin muuttaa seoksen höyry-neste-tasapainoa, mikä mahdollistaa osien erottamisen.
Uuttislauksella voidaan erottaa seoksia, jotka pyrkivät muodostamaan atseotrooppisia aineita, mikä ei ole mahdollista atseotrooppisella tislauksella.
Jatkuvasti kiehuvat seokset
Vakionopeudella kiehuva seos, jota kutsutaan myös "atseotrooppiseksi" seokseksi, vaikuttaa vähemmän kuin ihanteellisten seosten (atseotrooppien) jakotislaukseen.
Jos Raoultin lakia rikotaan positiivisella tavalla, se muodostaa höyrynpainekäyrän, jonka enimmäisarvo ei ole puhdas A tai puhdas B.
Jos näissä seoksissa on paljon höyryä, niiden kiehumispisteet ovat alhaiset.
Molekyylit liikkuvat helposti, eikä pelkkä jakotislaus riitä puhtaan etanolin saamiseksi, koska siinä on edelleen vettä ja muita epäpuhtauksia.
Monimutkaisten erotteluiden taide: Aseotrooppisen tislauksen tutkiminen
Edelleen vaikea saada ja vaikea ymmärtää? Muutanpa hieman näkökulmaa:
Oletko kyllästynyt samoihin vanhoihin tylsiin tislausprosesseihin, jotka vain erottavat seokset lisäämättä ylimääräistä tunnelmaa? Haluatko tehdä erotustekniikoistasi vaikeampia ja hämmentävämpiä kuin niiden tarvitsee olla? No, minulla on vastaus sinulle! Azeotrooppinen tislaus on prosessi, joka vaatii yksinkertaisen erottelun ja muuttaa sen ylimääräisten aineiden ja liuottimien sokkeloksi.
Miksi käyttää vain yhtä asiaa seosten erottamiseen, kun voit käyttää kahta tai kolmea? Kuka haluaa olla yksinkertainen, kun sinä voit olla monimutkainen? Aseotrooppinen tislaus: Joskus paras tapa puhdistaa osat on tehdä prosessista mahdollisimman monimutkainen.
OK, se oli vain tv-mainokseksi naamioitu vitsi. Palataan nyt selitykseen.
Azeotrooppinen tislausprosessi
Azeotrooppisella tislauksella on paljon etuja muihin asioiden erottamistapoihin verrattuna, kuten kuinka helppoa on erottaa kulho ja haluamasi tuote, kuinka helppoa se on käyttää, kuinka vähän energiaa se käyttää ja kuinka halpaa se on.
Entrainerien tyypit
Atseotrooppiseen tislaukseen on olemassa kolmen tyyppisiä suodattimia: homogeeninen, heterogeeninen ja uuttoaine.
Homogeeniset suodattimet voivat sekoittua rehun kaikkien komponenttien kanssa, mutta heterogeeniset suodattimet muodostavat kaksi nestefaasia, jotka eivät sekoitu.
Uuttoaineet eivät muodosta atseotrooppia minkään rehun komponentin kanssa.
Sen sijaan ne poistavat vain polaarisemmat tai vähemmän polaariset komponentit niiden napaisuuden perusteella.
Homogeeninen ja heterogeeninen atseotrooppinen tislaus
On olemassa kahta tyyppiä atseotrooppista tislausta, joita kutsutaan homogeeniseksi ja heterogeeniseksi, ja jotka riippuvat siitä, kuinka kuljetin on vuorovaikutuksessa syöttöseoksen kanssa.
Homogeeninen atseotrooppinen tislaus on helpompi käyttää ja tehokkaampi kuin heterogeeninen atseotrooppinen tislaus, koska kuljetin voi sekoittua rehun kaikkien komponenttien kanssa.
Heterogeeninen atseotrooppinen tislaus sen sijaan käyttää siivilää, joka ei voi sekoittua mihinkään rehuseoksen osiin.
Tämä voi aiheuttaa kolonnin epäonnistumisen pienillä paineen muutoksilla tai dekantterin sammumisen pienistä vuodoista.
Joten siihen vaikuttaa enemmän sen ajotapa kuin homogeeninen atseotrooppinen tislaus.
Azeotrooppisen tislauksen rajoitukset
Aseotrooppisella tislauksella on joitain etuja, mutta siinä on myös joitain ongelmia.
Joitakin liuoksia ei voida erottaa yhtä hyvin tislaamalla, jos niissä on atseotrooppeja höyry-neste-tasapainotilassa.
Myös atseotrooppisen aineen valinnalla voi olla suuri vaikutus prosessiin, ja jos sitä ei käsitellä oikein, se voi saastuttaa ympäristöä.
Myös atseotrooppisen tislauksen käyttö kuluttaa edelleen paljon energiaa, eikä se välttämättä aina tuota kohdetuotteille vaadittavaa puhtausastetta.
Azeotrooppisen tislauksen sovellukset
Etanolin kuivaus
Yksi tunnetuimmista tavoista käyttää atseotrooppista tislausta on veden poistaminen etanolin ja veden seoksista.
Atseotrooppinen seos menee viimeiseen kolonniin, jossa tapahtuu atseotrooppinen tislaus.
Aikaisemmin tähän käytettiin monia erilaisia syöttöaineita, mutta eniten käytettiin bentseeniä, kunnes sen todettiin aiheuttavan syöpää.
Suurimman osan ajasta sykloheksaania käytetään murtamaan etanoli-vesi-atseotrooppi nykytieteessä.
Tämä prosessi on erittäin tärkeä polttoaine-etanoliteollisuudessa, jossa etanolista on poistettava vettä, jotta moottorit eivät hajoa ja etanolin määrää polttoaineseoksissa lisätään.
Heterogeeninen atseotrooppinen tislaus
Erillisen faasin muodostavan siipikarjan lisääminen on osa teollisten atseotrooppisten tislausmenetelmien osajoukkoa.
Uutta tislauksen tapaan tätä prosessia, jossa lisätään siirtoainetta, joka muodostaa uuden vaiheen, kutsutaan kuljettamiseksi.
Yleinen tapa käyttää tätä menetelmää on sekoittaa bentseeniä veteen ja etanoliin, jolloin saadaan uusi heterogeeninen atseotrooppi, jonka kiehumispiste on alempi ja joka voidaan erottaa tavalliseen tapaan.
Tämä menetelmä on erityisen hyödyllinen orgaanisten liuottimien epäpuhtauksien poistamiseen, eteeristen öljyjen puhdistamiseen ja hiilivetyjen talteenottoon.
Muut käyttötarkoitukset
Atseotrooppisella tislauksella on useita käyttökohteita teollisuudessa etanolin dehydraation ja heterogeenisen atseotrooppisen tislauksen lisäksi, kuten:
- Isomeerit, joilla on lähes samat fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet, voidaan erottaa atseotrooppisella tislauksella.
- Atseotrooppista tislausta käytetään lääke-, kemian- ja polymeeriteollisuudessa liuottimien saamiseksi takaisin jätevirroista.
- Happamat kaasut poistetaan maakaasuvirroista käyttämällä prosessia, jota kutsutaan atseotrooppiseksi tislaukseksi.
- Eteeristen öljyjen erottaminen: Aseotrooppista tislausta käytetään eteeristen öljyjen erottamiseen ja puhdistamiseen kasviaineista.
- Veden poistaminen liuottimista: Atseotrooppista tislausta käytetään kemian- ja lääketeollisuudessa veden poistamiseen liuottimista.
Azeotrooppisen tislauksen haasteet
Atseotrooppinen tislaus on hyvä tapa erottaa atseotrooppiset seokset, mutta siihen liittyy joitain haasteita, jotka on ratkaistava parhaan tuloksen saamiseksi.
Kouluttajan valinta:
AD-prosessien synteesissä ja käsitteellisessä suunnittelussa kuljettajan valinta on erittäin tärkeä, koska se määrää erottelujärjestyksen.
Kuljettimen tulee muodostaa vahva atseotrooppi jonkin seoksen komponentin kanssa ja olla helposti erotettavissa haluamastasi tuotteesta.
Kuljetusaineen valinta vaikuttaa tuotteen laatuun ja puhtauteen, ja jos sitä ei käytetä oikein, se voi myös saastuttaa ympäristöä.
Ylimääräisen kuljettajan vaikutukset:
Ylimääräisen siivilän lisääminen voi lisätä energiankulutusta, koska ylimääräinen väliaine on erotettava halutusta tuotteesta.
Tämä voi nostaa tuotteen valmistuskustannuksia ja heikentää sen laatua.
Joissakin tapauksissa ylimäärä kuljettajaa voi johtaa kolmannen atseotroopin muodostumiseen, mikä voi monimutkaistaa erotusprosessia.
Riittämätön syöttäjä:
Jos käytät liian vähän väliainetta, tuote ei välttämättä erotu kokonaan tai ei välttämättä ole yhtä puhdasta.
Siten atseotrooppisessa tislauksessa kuljetusaineen määrä tulisi optimoida niin, että haluttu erotus- ja puhtaustaso voidaan saavuttaa vähimmällä energia- ja kustannusmäärällä.
Kuinka atseotroopit valmistetaan:
Kun kuljetin muuttaa atseotrooppisen seoksen suhteellista haihtuvuutta, se muodostaa joko maksimikiehuvan tai minimikiehuvan atseotroopin.
Kuljetusaineen lisääminen voi edelleen parantaa atseotrooppisen komponentin puhtautta.
Mutta jos valitset liian paljon tai liian vähän väliainetta, se voi muuttaa erotusprosessin toimivuutta.
Azeotrooppisen pisteen jälkeen:
Atseotrooppisen seoksen tislaus yli sen atseotrooppisen pisteen on mahdollista, mutta tässä prosessissa käytetään vaihtoehtoisia kustannusintensiivisiä erotustekniikoita, kuten painevaihtelutislaus.
Sen sijaan, että yrittäisit tislata atseotrooppisen pisteen ohi, on tärkeää löytää oikea määrä kulhoa hyvän erotuksen saamiseksi.
Aseotrooppinen tislaus käytännössä
Entrainers in azeotrooppinen tislaus
Koska se voi muodostaa matalalla kiehuvan atseotroopin veden kanssa, bentseeniä käytettiin usein kuljettimena atseotroopin tislauksessa.
Tolueeni on kuitenkin parempi kuin bentseeni, koska bentseeni voi aiheuttaa syöpää.
Kuljetin toimii hyvin, jos se voidaan yhdistää johonkin rehuseoksen komponenttiin muodostaen uuden atseotroopin.
Tämä muuttaa komponenttien suhteellista volatiliteettia ja mahdollistaa niiden erottamisen.
Säiliön tulee olla helposti erotettavissa haluamastasi tuotteesta, ja sen saa takaisin tislaamalla, dekantoimalla tai jollain muulla tavalla.
Atseotrooppisessa tislauksessa liian suuren syöttöaineen vaikutus riippuu käytetystä järjestelmästä.
Kun syöttöainetta lisätään liikaa, energiankulutus kasvaa, koska ylimääräinen väliaine on erotettava halutusta tuotteesta.
Tämä voi nostaa tuotteen valmistuskustannuksia ja heikentää sen laatua.
Joskus liiallinen kuljetusaine voi aiheuttaa kolmannen atseotroopin muodostumisen, mikä voi vaikeuttaa erotteluprosessia.
Toisaalta, jos käytät liian vähän väliainetta, tuote ei välttämättä erotu kokonaan tai ei välttämättä ole yhtä puhdasta.
Joten oikeaa määrää kulhoa tulisi käyttää, jotta saavutetaan tarvittava erotus- ja puhtausaste vähimmällä energiamäärällä ja kustannuksilla.
Syväeutektiset liuottimet (DES) ovat yleistymässä atseotrooppisen tislauksen sisältävinä aineina, koska ne ovat ympäristölle parempia kuin perinteiset liuottimet.
Atseotrooppiset seokset, kuten bentseeni-sykloheksaani ja asetonitriili-vesi, on helppo erottaa DES:llä.
DES:ää voidaan käyttää myös tekniikassa, jota kutsutaan "uuttotislaukseksi", joka on samanlainen kuin tislaus ja sisältää liuottimen lisäämisen syöttöseoksen yhden osan poistamiseksi.
Aseotrooppinen tislaus verrattuna höyrytislaukseen
Höyrytislauksella lämpöherkät materiaalit, kuten luonnolliset aromaattiset yhdisteet, erotetaan orgaanisista materiaaleista.
Aseotrooppista tislausta taas käytetään atseotrooppisen seoksen osien erottamiseen.
Atseotrooppisia seoksia on vaikea erottaa perinteisellä tislauksella, koska niiden kiehumispisteet pysyvät samoina ja höyryt ovat samat kuin nesteseoksessa.
Koska höyrytislaamalla erotetaan lämmölle herkkiä materiaaleja, on vaikea sanoa, mikä on veden ja tolueenin atseotrooppinen lämpötila.
Toisaalta tolueeni ja vesi muodostavat 84,1 °C:ssa atseotroopin, joka koostuu 22,85 % vedestä ja 77,15 % tolueenista.
Koska se toimii kuin yksittäinen yhdiste, tällä koostumuksella olevaa tolueenin ja veden seosta ei voida erottaa enempää yksinkertaisella tislauksella.
Voit erottaa tämän seoksen käyttämällä atseotrooppista tislausta kuljetinaineen kanssa tai uuttislausta liuottimella.
Video: Azeotroopin siirtyminen ja erottaminen
Vinkki: Ota tekstityspainike käyttöön, jos tarvitset sitä. Valitse asetuspainikkeesta "automaattinen käännös", jos et tunne englannin kieltä. Sinun on ehkä napsautettava ensin videon kieltä, ennen kuin suosikkikielesi on saatavilla käännettäväksi.
Käytä koteloita
| Käytetty: | Kuvaus: |
|---|---|
| Puhdistusvesi | Aseotrooppista tislausta käytetään usein veden puhdistamiseen, erityisesti puolijohde- ja elektroniikkateollisuudessa, joissa tarvitaan erittäin puhdasta vettä. Atseotrooppisen tislauksen avulla voidaan valmistaa hyvin vähän epäpuhtauksia sisältävää vettä, jota voidaan käyttää herkissä tilanteissa. |
| Liuottimen talteenotto | Atseotrooppista tislausta käytetään liuottimien erottamiseen reaktioseoksista. Näin kalliita tai vaikeasti löydettäviä liuottimia voidaan ottaa talteen ja käyttää uudelleen. Esimerkiksi atseotrooppisella tislauksella voidaan erottaa etanolia vedestä, jota voidaan sitten käyttää biopolttoaineiden valmistukseen tai muihin teollisiin tarkoituksiin. |
| Eteeristen öljyjen uutto | Suosittu tapa saada eteerisiä öljyjä kasveista on käyttää atseotrooppista tislausta. Atseotrooppisella tislauksella saadaan kasveista enemmän eteerisiä öljyjä kuin perinteisellä höyrytislauksella. Tämä tarkoittaa, että öljyt ovat laadukkaampia ja tuottavat enemmän. |
| Polymeerin puhdistus | Aseotrooppista tislausta voidaan käyttää poistamaan polymeereistä epäpuhtaudet, jotka voivat muuttaa niiden ominaisuuksia tai niiden toimivuutta. Esimerkiksi atseotrooppista tislausta voidaan käyttää polystyreenin puhdistamiseen poistamalla mahdolliset ylijääneet monomeerit ja muut epäpuhtaudet, jotka voivat muuttaa polymeerin toimintaa. |
| Lääketuotanto | Atseotrooppista tislausta käytetään usein reaktioseosten erottamiseen ja puhdistamiseen lääkkeiden valmistuksen aikana. Esimerkiksi atseotrooppista tislausta voidaan käyttää reaktioseosten erottamiseen ja puhdistamiseen antibioottien valmistuksessa, jolloin saadaan erittäin puhtaita tuotteita. |
Johtopäätös
Yhteenvetona voidaan todeta, että atseotrooppinen tislaus on hyödyllinen tapa erottaa monimutkaiset seokset puhtaisiin osiin.
Se on tehokas työkalu insinööreille ja tutkijoille, koska sen ainutlaatuinen kyky valmistaa puhtaita komponentteja nopeasti.
Mutta kuten kaikilla erotusmenetelmillä, silläkin on rajansa, ja se vaatii huolellista pohdintaa seoksen koostumuksesta, väliaineen valinnasta ja prosessiolosuhteista toimiakseen hyvin.
Kun jatkat atseotrooppisen tislauksen mahdollisuuksien tutkimista, muista, että tämä prosessi ei ole vain tekninen haaste, vaan myös mahdollisuus luovaan ongelmanratkaisuun ja uusiin ideoihin.
Jos ajattelet atseotrooppista tislausta oikealla tavalla, se voi johtaa uusiin teknisiin löytöihin ja ideoihin.
Pidä siis avoin mieli ja kokeile uusia asioita. Vaihtoehtoja on paljon.
Jaa…
