سیستم وکیوم تقطیر در خلاء

تقطیر در خلاء تقطیر است که تحت فشار کاهش یافته انجام می شود، که اجازه می دهد تا ترکیباتی را که به راحتی در فشارهای محیط تقطیر نمی شوند خالص شوند یا صرفاً در زمان یا انرژی صرفه جویی شود. این تکنیک ترکیبات را بر اساس تفاوت در نقطه جوش آنها جدا می کند. این تکنیک زمانی استفاده می شود.

که نقطه جوش ترکیب مورد نظر به سختی به دست می آید و یا باعث تجزیه ترکیب می شود.کاهش فشار باعث کاهش نقطه جوش ترکیبات می شود. کاهش نقطه جوش را می توان با استفاده از یک نوموگراف دما-فشار با استفاده از رابطه Clausius-Clapeyron محاسبه کرد.

تقطیر خلاء زمانی استفاده می شود که نقطه جوش ترکیب (یا حلال) خیلی بالا باشد (Tb> 150 درجه سانتیگراد) به منظور تقطیر ترکیب (یا حلال) بدون تجزیه قابل توجه. راه اندازی شبیه به تقطیر در مقیاس میکرو یا نیمه ماکرو است.
تقطیر صنعتی را می توان به روش های مختلفی انجام داد. اگر عناصر محلول شما دارای فشار بخار و نقطه جوش مشخصی هستند، ممکن است یک سیستم تقطیر اولیه تمام چیزی باشد که نیاز دارید. با این حال، تقطیر در خلاء راه حل کاملی است برای زمانی که عناصری دارید که با حرارت دادن در فشار اتمسفر تجزیه می شوند – یا – دارای نقطه جوش بالایی هستند و نیازهای گرمایشی سیستم بالایی دارند.

تقطیر خلاء فرآیندی است که در آن فشار در ستون بالای حلال به کمتر از فشار بخار مخلوط، ایجاد خلاء و تبخیر عناصر با فشار بخار پایین‌تر می‌شود. کاهش فشار زیر اتمسفر منجر به کاهش دمای مورد نیاز برای دستیابی به تبخیر برای عناصر تقطیر می شود و نیازهای گرمایشی کلی سیستم را کاهش می دهد.

البته، معاوضه‌هایی وجود دارد – در حالی که می‌توانید دمای مورد نیاز سیستم را کاهش دهید، باید تجهیزاتی (معمولاً یک پمپ) برای ایجاد خلاء در ستون تقطیر اضافه کنید. اینجاست که یک طراح باتجربه سیستم تقطیر کمک بزرگی می کند. تعیین اینکه کدام مبادله در روش و تجهیزات منجر به بیشترین صرفه جویی در کل می شود.

نمونه ای از سیستمی که از خلاء جزئی برای کاهش دمای ستون مورد نیاز استفاده می کند
اطلاعات بیشتر درباره اصول طراحی ستون تقطیر
مراحل بعدی برای گرفتن یک سیستم تقطیر سفارشی

کاربردهای در مقیاس آزمایشگاهی

ترکیبات با نقطه جوش کمتر از 150 درجه سانتیگراد معمولاً در فشار محیط تقطیر می شوند. برای نمونه هایی با نقطه جوش بالا، معمولاً از دستگاه تقطیر مسیر کوتاه استفاده می شود.این تکنیک به طور گسترده در سنتز آلی نشان داده شده است.

تبخیر چرخشی

تبخیر چرخشی یک تکنیک رایج است که در آزمایشگاه ها برای تغلیظ یا جداسازی یک ترکیب از محلول استفاده می شود. بسیاری از حلال ها فرار هستند و به راحتی با استفاده از تبخیر چرخشی تبخیر می شوند. حتی حلال های فرار کمتر را می توان با تبخیر چرخشی تحت خلاء زیاد و با حرارت حذف کرد. همچنین توسط سازمان های نظارتی محیط زیست برای تعیین میزان حلال در رنگ ها، پوشش ها و جوهرها استفاده می شود.

ملاحظات ایمنی

هنگامی که ظروف شیشه ای تحت فشار خلاء هستند، ایمنی یک نکته مهم است. هنگام استفاده از جاروبرقی، خراش و ترک می تواند منجر به انفجار شود. بسته بندی ظروف شیشه ای با نوار تا حدی که عملی است به جلوگیری از پراکندگی خطرناک خرده های شیشه در صورت انفجار کمک می کند.

برنامه های کاربردی در مقیاس صنعتی

تقطیر خلاء در مقیاس صنعتی دارای چندین مزیت است. برای جداسازی اجزای کلیدی، مخلوط‌های جوشان بسته ممکن است به مراحل تعادل زیادی نیاز داشته باشند. یکی از ابزارهای کاهش تعداد مراحل مورد نیاز، استفاده از تقطیر خلاء است. ستون‌های تقطیر خلاء (همانطور که در شکل‌های 2 و 3 نشان داده شده است) که معمولاً در پالایشگاه‌های نفت مورد استفاده قرار می‌گیرند، دارای قطرهایی تا حدود 14 متر (46 فوت)، ارتفاعات تا حدود 50 متر (164 فوت) و نرخ تغذیه تا حدود 25400 هستند. متر مکعب در روز (160000 بشکه در روز).

تقطیر در خلاء می تواند جداسازی را با موارد زیر بهبود بخشد:

جلوگیری از تخریب محصول یا تشکیل پلیمر به دلیل کاهش فشار که منجر به کاهش دمای کف برج می شود.
کاهش تخریب محصول یا تشکیل پلیمر به دلیل کاهش میانگین زمان ماند به ویژه در ستون هایی که از بسته بندی استفاده می کنند به جای سینی.
افزایش ظرفیت، عملکرد و خلوص.
مزیت دیگر تقطیر خلاء کاهش هزینه سرمایه است که هزینه عملیاتی کمی بیشتر می شود. استفاده از تقطیر خلاء می تواند ارتفاع و قطر و در نتیجه هزینه سرمایه ستون تقطیر را کاهش دهد.

تقطیر خلاء در پالایش نفت

نفت خام نفتی مخلوط پیچیده ای از صدها ترکیب هیدروکربنی مختلف است که عموماً دارای 3 تا 60 اتم کربن در هر مولکول است، اگرچه ممکن است مقادیر کمی هیدروکربن خارج از این محدوده وجود داشته باشد. پالایش نفت خام با تقطیر نفت خام ورودی در یک ستون تقطیر به اصطلاح اتمسفر شروع می شود که در فشارهایی کمی بالاتر از فشار اتمسفر کار می کند.

تقطیر در خلاء را می توان «تقطیر در دمای پایین» نیز نامید.

در تقطیر نفت خام، مهم است که نفت خام را در دمای بالاتر از 370 تا 380 درجه سانتیگراد قرار ندهید زیرا اجزای با وزن مولکولی بالا در نفت خام دچار ترک خوردگی حرارتی شده و در دمای بالاتر از آن کک نفتی تشکیل می دهند. تشکیل کک منجر به بستن لوله‌ها در کوره می‌شود که جریان خوراک را به ستون تقطیر نفت خام گرم می‌کند. وصل شدن در لوله کشی از کوره به ستون تقطیر و همچنین در خود ستون نیز رخ می دهد.

محدودیت اعمال شده با محدود کردن نفت خام ورودی ستون به دمای کمتر از 370 تا 380 درجه سانتیگراد، یک روغن باقیمانده از پایین ستون تقطیر اتمسفر ایجاد می کند که کاملاً از هیدروکربن هایی تشکیل شده است که بالاتر از 370 تا 380 درجه سانتیگراد می جوشند.

برای تقطیر بیشتر روغن باقیمانده از ستون تقطیر اتمسفر، تقطیر باید در فشار مطلق 10 تا 40 mmHg / Torr (حدود 5٪ فشار اتمسفر) انجام شود تا دمای عملیاتی به کمتر از 370 تا 380 درجه محدود شود. سی.

شکل 2 یک نمودار فرآیند ساده شده از یک ستون تقطیر خلاء پالایشگاه نفت است که قسمت های داخلی ستون را نشان می دهد و شکل 3 یک عکس از یک ستون تقطیر خلاء بزرگ در یک پالایشگاه نفت است.

فشار مطلق 10 تا 40 میلی متر جیوه در ستون تقطیر خلاء، حجم بخار تشکیل شده را به ازای حجم مایع تقطیر شده افزایش می دهد. نتیجه این است که چنین ستون هایی دارای قطرهای بسیار زیادی هستند.

ستون‌های تقطیر مانند تصاویر 1 و 2 ممکن است دارای قطر 15 متر یا بیشتر، ارتفاع تا حدود 50 متر و نرخ خوراک تا حدود 25400 متر مکعب در روز (160000 بشکه در روز) باشند.
قسمتهای داخلی ستون تقطیر خلاء باید تماس خوبی با بخار و مایع ایجاد کند و در عین حال افزایش فشار بسیار پایین را از بالای ستون به پایین حفظ کند. بنابراین، ستون خلاء تنها در جایی از سینی‌های تقطیر استفاده می‌کند که محصولات از کنار ستون خارج می‌شوند. بیشتر ستون ها از مواد بسته بندی برای تماس بخار و مایع استفاده می کنند زیرا چنین بسته بندی افت فشار کمتری نسبت به سینی های تقطیر دارد. این مواد بسته بندی می تواند یا از ورق فلزی ساخت یافته یا بسته بندی تصادفی ریخته شده مانند حلقه های Raschig باشد.

فشار مطلق 10 تا 40 میلی‌متر جیوه در ستون خلاء اغلب با استفاده از چند مرحله اجکتورهای جت بخار حاصل می‌شود.

بسیاری از صنایع، به غیر از صنعت پالایش نفت، از تقطیر خلاء در مقیاس بسیار کوچکتر استفاده می کنند. Empirical Spirits مستقر در کپنهاگ،یک کارخانه تقطیر که توسط سرآشپزهای سابق Noma تأسیس شده است،از این فرآیند برای ایجاد ارواح با طعم منحصر به فرد استفاده می کند. روح پرچمدار آنها، هلنا، با استفاده از کوجی، در کنار مالت پیلسنر و مخمر سایسون بلژیکی ایجاد شده است.

تصفیه آب در مقیاس بزرگ

تقطیر خلاء اغلب در کارخانه های صنعتی بزرگ به عنوان روشی کارآمد برای حذف نمک از آب اقیانوس ها به منظور تولید آب شیرین استفاده می شود. این به عنوان نمک زدایی شناخته می شود. آب اقیانوس در خلاء قرار می گیرد تا نقطه جوش آن کاهش یابد و منبع گرمایی اعمال می شود که به آب شیرین اجازه می دهد.

تا بجوشد و متراکم شود. متراکم شدن بخار آب از پر شدن بخار آب در محفظه خلاء جلوگیری می کند و اجازه می دهد تا اثر به طور مداوم بدون از دست دادن فشار خلاء اجرا شود. گرمای خارج شده از بخار آب توسط یک هیت سینک حذف می شود و به آب ورودی اقیانوس منتقل می شود تا از قبل گرم شود. این امر نیاز انرژی را کاهش می دهد و به دلیل کاهش نیاز به گرما و سوخت، بهره وری بسیار بالاتری را ممکن می سازد. برخی از اشکال تقطیر از کندانسور استفاده نمی کنند.

بلکه بخار را به صورت مکانیکی با پمپ فشرده می کنند. این به عنوان یک پمپ حرارتی عمل می کند، گرمای بخار را متمرکز می کند و اجازه می دهد تا گرما برگردانده شود و توسط منبع آب تصفیه نشده ورودی دوباره استفاده شود. انواع مختلفی از تقطیر خلاء آب وجود دارد که رایج‌ترین آنها تقطیر چند اثره، نمک‌زدایی با فشار بخار، و تقطیر چند مرحله‌ای فلش است.

تقطیر مولکولی

تقطیر مولکولی تقطیر خلاء زیر فشار 0.01 torr[21] (1.3 Pa) است. 0.01 torr یک مرتبه بزرگتر از خلاء زیاد است، جایی که سیالات در رژیم جریان مولکولی آزاد هستند، یعنی میانگین مسیر آزاد مولکول ها با اندازه تجهیزات قابل مقایسه است.

فاز گازی دیگر فشار قابل توجهی بر ماده ای که باید تبخیر شود وارد نمی کند و در نتیجه سرعت تبخیر دیگر به فشار بستگی ندارد. به این معنا که از آنجایی که مفروضات پیوسته دینامیک سیالات دیگر اعمال نمی شود، انتقال جرم به جای دینامیک سیال توسط دینامیک مولکولی اداره می شود. بنابراین، یک مسیر کوتاه بین سطح گرم و سطح سرد ضروری است، به طور معمول با تعلیق یک صفحه داغ پوشیده شده با یک فیلم خوراک در کنار یک صفحه سرد با یک خط دید در بین آن.

تقطیر مولکولی به صورت صنعتی برای تصفیه روغن ها استفاده می شود.

وکیوم تصفیه روغن تقطیری – تقطیر روغن در سیستم وکیوم – وکیوم پمپ تصفیه روغن – سیستم وکیوم تقطیر در خلاء – پکیج های تصفیه روغن و فیلتراسیون – پمپ های وکیوم تصفیه روغن – ويژگي هاي منحصر روغن موتور