การกลั่นคืออะไร? นี่คือกระบวนการเปลี่ยนของเหลวให้เป็นไอ แล้วควบแน่นกลับเป็นของเหลว ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดคือการกลั่นน้ำ โดยที่ไอน้ำจากกาต้มน้ำจะสะสมเป็นหยดบนพื้นผิวที่เย็น
การสมัครและประวัติ
การกลั่นใช้เพื่อแยกของเหลวออกจากของแข็งที่ไม่ระเหย เช่น ในการกลั่นสุราจากวัสดุหมัก หรือเพื่อแยกของเหลวตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปที่มีจุดเดือดต่างกัน เช่น ในการผลิตน้ำมันเบนซิน น้ำมันก๊าด และน้ำมันหล่อลื่น จากปิโตรเลียม การใช้งานในอุตสาหกรรมอื่นๆ รวมถึงการแปรรูปสารเคมี เช่น ฟอร์มาลดีไฮด์และฟีนอล และการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล
นักทดลองในสมัยโบราณคงใช้กระบวนการกลั่น อริสโตเติล (384-322 ปีก่อนคริสตกาล) กล่าวว่าน้ำบริสุทธิ์สามารถหาได้จากการระเหยของน้ำทะเล พลินีผู้เฒ่า (ค.ศ. 23-79) อธิบายวิธีดั้งเดิมของการควบแน่นโดยนำน้ำมันที่ได้จากการให้ความร้อนขัดสนมาสะสมบนผ้าขนสัตว์ที่วางไว้บนalembic.
กลั่นอย่างง่าย
วิธีการกลั่นส่วนใหญ่ที่ใช้ในอุตสาหกรรมและการวิจัยในห้องปฏิบัติการเป็นรูปแบบต่างๆ ของการกลั่นอย่างง่าย เทคโนโลยีพื้นฐานนี้ใช้ลูกบาศก์หรือรีทอร์ตในการให้ความร้อนของเหลว คอนเดนเซอร์เพื่อทำให้ไอเย็นลง และภาชนะสำหรับเก็บกลั่น เมื่อส่วนผสมของสารถูกทำให้ร้อน สารระเหยมากที่สุดหรือสารที่มีจุดเดือดต่ำสุดจะถูกกลั่นก่อน จากนั้นสารอื่นๆ จะถูกกลั่นหรือไม่กลั่นเลย เครื่องมือง่ายๆ ดังกล่าวเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการทำให้ของเหลวบริสุทธิ์ที่มีส่วนประกอบที่ไม่ระเหยง่าย และค่อนข้างมีประสิทธิภาพในการแยกสารที่มีจุดเดือดต่างกัน สำหรับการใช้งานในห้องปฏิบัติการ ชิ้นส่วนของอุปกรณ์มักจะทำจากแก้วและเชื่อมต่อกับจุก ท่อยาง หรือท่อแก้ว ในระดับอุตสาหกรรม อุปกรณ์ทำจากโลหะหรือเซรามิก
การกลั่นแบบเศษส่วน
วิธีการที่เรียกว่าการกลั่นแบบเศษส่วนหรือส่วนต่างได้รับการพัฒนาสำหรับการกลั่นน้ำมันเนื่องจากการกลั่นอย่างง่ายเพื่อแยกของเหลวที่มีจุดเดือดต่างกันเพียงเล็กน้อยนั้นไม่มีประสิทธิภาพ ในกรณีนี้ ไอระเหยจะควบแน่นและระเหยเป็นไอซ้ำๆ ในภาชนะแนวตั้งที่มีฉนวนหุ้ม บทบาทพิเศษในที่นี้เล่นโดยเครื่องพ่นไอน้ำแบบแห้ง คอลัมน์เศษส่วน และคอนเดนเซอร์ ซึ่งช่วยให้คอนเดนเสทบางส่วนกลับคืนสู่นิ่ง เป้าหมายคือการบรรลุการสัมผัสอย่างใกล้ชิดระหว่างขั้นตอนต่างๆ ที่เพิ่มขึ้นของส่วนผสมเพื่อให้มีเพียงเศษส่วนที่ระเหยง่ายที่สุดในรูปของไอเท่านั้นที่มาถึงตัวรับและส่วนที่เหลือกลับคืนสู่ลูกบาศก์ในรูปของของเหลว การทำให้บริสุทธิ์ของส่วนประกอบที่ระเหยได้อันเป็นผลมาจากการสัมผัสระหว่างกระแสทวนดังกล่าวเรียกว่าการแก้ไขหรือการเสริมสมรรถนะ
กลั่นหลายตัว
วิธีนี้เรียกอีกอย่างว่าการระเหยด้วยแฟลชหลายขั้นตอน นี่เป็นการกลั่นแบบง่ายอีกประเภทหนึ่ง ตัวอย่างเช่น ใช้ในการกลั่นน้ำในโรงงานกลั่นน้ำทะเลเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่ การเปลี่ยนของเหลวเป็นไอไม่ต้องการความร้อน เพียงแค่ไหลจากภาชนะที่มีความดันบรรยากาศสูงไปยังภาชนะที่มีความดันต่ำกว่า สิ่งนี้นำไปสู่การระเหยอย่างรวดเร็วพร้อมกับการควบแน่นของไอเป็นของเหลว
กลั่นสูญญากาศ
รูปแบบหนึ่งของกระบวนการลดแรงดันใช้ปั๊มสุญญากาศเพื่อสร้างสุญญากาศ วิธีนี้เรียกว่า "การกลั่นด้วยสุญญากาศ" บางครั้งใช้กับสารที่ปกติต้มที่อุณหภูมิสูงหรือย่อยสลายเมื่อต้มในสภาวะปกติ
ปั๊มสุญญากาศสร้างแรงดันในคอลัมน์ ซึ่งต่ำกว่าความดันบรรยากาศมาก นอกจากนั้นยังใช้ตัวควบคุมสุญญากาศ การควบคุมพารามิเตอร์อย่างระมัดระวังเป็นสิ่งสำคัญมาก เนื่องจากประสิทธิภาพการแยกขึ้นอยู่กับความแตกต่างของความผันผวนสัมพัทธ์ที่อุณหภูมิและความดันที่กำหนด การเปลี่ยนการตั้งค่านี้อาจส่งผลเสียต่อความคืบหน้าของกระบวนการ
การกลั่นด้วยสุญญากาศเป็นที่รู้จักกันดีในโรงกลั่น วิธีการกลั่นแบบธรรมดาแยกจากกันไฮโดรคาร์บอนเบาและสิ่งสกปรกจากไฮโดรคาร์บอนหนัก ผลิตภัณฑ์ที่เหลือจะต้องผ่านการกลั่นด้วยสุญญากาศ ทำให้สามารถแยกสารไฮโดรคาร์บอนที่มีจุดเดือดสูง เช่น น้ำมันและไขออกที่อุณหภูมิต่ำได้ วิธีการนี้ยังใช้ในการแยกสารเคมีอินทรีย์ที่ไวต่อความร้อนและในการกู้คืนตัวทำละลายอินทรีย์
การกลั่นด้วยไอน้ำคืออะไร
การกลั่นด้วยไอน้ำเป็นวิธีการกลั่นทางเลือกที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเดือดปกติ ใช้เมื่อสารกลั่นไม่สามารถผสมกันได้และไม่ทำปฏิกิริยาทางเคมีกับน้ำ ตัวอย่างของสารดังกล่าว ได้แก่ กรดไขมันและน้ำมันถั่วเหลือง ในระหว่างการกลั่น ไอน้ำจะถูกนำเข้าไปในของเหลว ซึ่งทำให้ร้อนและทำให้เกิดการระเหย
กลั่นในคอลัมน์ที่อัดแน่น
แม้ว่าคอลัมน์ที่อัดแน่นมักจะใช้สำหรับการดูดซับ แต่ก็ยังใช้สำหรับการกลั่นของผสมไอ-ของเหลว การออกแบบนี้ให้พื้นที่ผิวสัมผัสขนาดใหญ่ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของระบบ อีกชื่อหนึ่งสำหรับโครงสร้างดังกล่าวคือคอลัมน์กลั่น
หลักการทำงานมีดังนี้ ส่วนผสมดิบของส่วนประกอบที่มีความผันผวนต่างกันจะถูกป้อนเข้าตรงกลางคอลัมน์ ของเหลวไหลลงมาทางหัวฉีด และไอจะเคลื่อนขึ้น ส่วนผสมที่ด้านล่างของถังจะเข้าสู่เครื่องอุ่นล่วงหน้าและออกด้วยไอน้ำ แก๊สจะพุ่งผ่านการบรรจุ หยิบส่วนประกอบที่ระเหยง่ายที่สุดของของเหลว ออกจากคอลัมน์และเข้าสู่คอนเดนเซอร์ หลังจากการทำให้เป็นของเหลว สินค้าเข้าเข้าไปในตัวเก็บเสมหะ โดยแยกออกเป็นน้ำกลั่นและเศษส่วนที่ใช้เพื่อการชลประทาน
ความเข้มข้นที่แตกต่างกันทำให้ส่วนประกอบที่มีความผันผวนน้อยผ่านจากเฟสไอไปยังเฟสของเหลว หัวฉีดเพิ่มระยะเวลาและพื้นที่สัมผัสซึ่งเพิ่มประสิทธิภาพการแยกสาร ที่ทางออก ไอระเหยประกอบด้วยส่วนประกอบระเหยในปริมาณสูงสุด ในขณะที่ความเข้มข้นในของเหลวนั้นน้อยที่สุด
หัวฉีดบรรจุเป็นกลุ่มและบรรจุหีบห่อ รูปร่างของฟิลเลอร์สามารถเป็นโครงสร้างแบบสุ่มหรือทางเรขาคณิตก็ได้ ทำจากวัสดุเฉื่อย เช่น ดินเหนียว พอร์ซเลน พลาสติก เซรามิก โลหะ หรือกราไฟท์ สารตัวเติมมักจะมีขนาดตั้งแต่ 3 ถึง 75 มม. และมีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่เมื่อสัมผัสกับส่วนผสมของไอน้ำและของเหลว การบรรจุจำนวนมากมีข้อได้เปรียบของปริมาณงานสูง ต้านทานแรงดันสูง และต้นทุนต่ำ
สารเติมแต่งโลหะมีความแข็งแรงสูงและเปียกน้ำได้ดี เซรามิกส์มีความเปียกชื้นได้สูงกว่า แต่ก็ไม่แข็งแรงเท่า พลาสติกมีความแข็งแรงเพียงพอ แต่อย่าทำให้เปียกที่อัตราการไหลต่ำ เนื่องจากฟิลเลอร์เซรามิกมีความทนทานต่อการกัดกร่อน จึงถูกใช้ที่อุณหภูมิสูงซึ่งพลาสติกไม่สามารถต้านทานได้
หัวฉีดเป็นโครงตาข่ายซึ่งมีขนาดตรงกับเส้นผ่านศูนย์กลางของเสา มีช่องยาวสำหรับการไหลของของเหลวและไอ มีราคาแพงกว่า แต่ช่วยให้คุณสามารถลดแรงดันตกได้ควรใช้หัวฉีดแพ็คเก็ตที่อัตราการไหลต่ำและภายใต้สภาวะแรงดันต่ำ มักทำจากไม้ แผ่นโลหะ หรือตาข่ายทอ
ใช้ในอุตสาหกรรมการกู้คืนตัวทำละลายและปิโตรเคมี
กลั่นในคอลัมน์กลั่น
ประเภทคอลัมน์ที่นิยมใช้กันมากที่สุด จำนวนแผ่นขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ที่ต้องการและความซับซ้อนของการแยกสาร มีผลต่อความสูงของคอลัมน์กลั่น
หลักการทำงานมีดังนี้ ส่วนผสมจะถูกป้อนตรงกลางความสูงของคอลัมน์ ความแตกต่างของความเข้มข้นทำให้ส่วนประกอบที่มีความผันผวนน้อยส่งผ่านจากกระแสไอไปยังกระแสของเหลว ก๊าซที่ออกจากคอนเดนเซอร์มีสารระเหยมากที่สุด ในขณะที่สารระเหยน้อยกว่าจะไหลผ่านฮีตเตอร์เข้าสู่กระแสของเหลว
เรขาคณิตของเพลตในคอลัมน์ส่งผลต่อระดับและประเภทของการสัมผัสระหว่างสถานะเฟสต่างๆ ของส่วนผสม โครงสร้าง ได้แก่ ตะแกรง วาล์ว ฝา ตะแกรง น้ำตก ฯลฯ ถาดตะแกรงซึ่งมีรูสำหรับไอน้ำถูกนำมาใช้เพื่อให้ประสิทธิภาพสูงในต้นทุนต่ำ ถาดวาล์วที่ถูกกว่าซึ่งมีช่องเปิดพร้อมกับวาล์วเปิดและปิดมีแนวโน้มที่จะอุดตันเนื่องจากการสะสมของวัสดุ ฝาปิดมีฝาปิดที่ช่วยให้ไอน้ำผ่านของเหลวผ่านรูเล็กๆ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่ล้ำหน้าและมีราคาแพงที่สุด มีประสิทธิภาพที่อัตราการไหลต่ำของเหลวไหลจากถาดหนึ่งไปยังอีกถาดหนึ่งลงท่อระบายน้ำตามแนวตั้ง
คอลัมน์ตารางมักใช้เพื่อกู้คืนตัวทำละลายจากของเสียในกระบวนการ พวกเขายังใช้ในการกู้คืนเมทานอลในการทำให้แห้ง น้ำออกมาในรูปของเหลว และของเสียอินทรีย์ระเหยง่ายจะเข้าสู่เฟสไอ นี่คือสิ่งที่กลั่นในคอลัมน์กลั่น
การกลั่นด้วยความเย็น
การกลั่นด้วยความเย็นเป็นการประยุกต์ใช้วิธีการกลั่นทั่วไปเพื่อทำให้ก๊าซเย็นลงจนกลายเป็นของเหลว ระบบทำงานที่อุณหภูมิต่ำกว่า -150°C ด้วยเหตุนี้จึงใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและคอยล์ โครงสร้างทั้งหมดเรียกว่าบล็อกการแช่แข็ง ก๊าซเหลวเข้าสู่หน่วยและกลั่นที่อุณหภูมิต่ำมาก คอลัมน์กลั่นด้วยความเย็นสามารถบรรจุและบรรจุได้ การออกแบบชุดเป็นที่ต้องการเนื่องจากวัสดุจำนวนมากมีประสิทธิภาพน้อยกว่าที่อุณหภูมิต่ำ
การใช้งานหลักของการกลั่นด้วยความเย็นคือการแยกอากาศออกเป็นก๊าซที่เป็นส่วนประกอบ
การกลั่นแบบสกัด
การกลั่นแบบสกัดใช้สารประกอบเพิ่มเติมที่ทำหน้าที่เป็นตัวทำละลายเพื่อเปลี่ยนความผันผวนสัมพัทธ์ของส่วนประกอบหนึ่งในส่วนผสม ในคอลัมน์สกัด ตัวทำละลายจะถูกเพิ่มไปยังสารที่จะแยกออก ส่วนประกอบของกระแสป้อนที่จะนำกลับคืนมารวมกับตัวทำละลายและทางออกในเฟสของเหลว ส่วนประกอบอื่นๆ จะระเหยและเข้าสู่การกลั่น วิ่งที่สองเพื่อคอลัมน์อื่นอนุญาตให้แยกสารออกจากตัวทำละลาย จากนั้นจะกลับไปยังขั้นตอนก่อนหน้าเพื่อทำซ้ำวัฏจักร
การกลั่นแบบสกัดใช้เพื่อแยกสารประกอบที่มีจุดเดือดใกล้เคียงและของผสมอะซีโอทรอปิก การกลั่นแบบสกัดนั้นไม่แพร่หลายในอุตสาหกรรมเท่ากับการกลั่นแบบธรรมดาเนื่องจากความซับซ้อนของการออกแบบ ตัวอย่างคือกระบวนการรับเซลลูโลส ตัวทำละลายอินทรีย์แยกเซลลูโลสออกจากลิกนิน และการกลั่นครั้งที่สองจะทำให้เกิดสารบริสุทธิ์
