Was ist Mehrkomponentendestillation?
Die Mehrkomponentendestillation ist ein chemischer Prozess, bei dem sich ein Gemisch flüchtiger Verbindungen aufgrund ihrer Siedepunkte abscheidet. Der Prozess findet in einer Destillationskolonne statt, einer vertikalen Stapelung von Böden oder Stufen, auf denen Komponenten in ihrer Flüssig- und Dampfphase koexistieren. Während sich das Gemisch die Säule hinaufbewegt, konzentrieren sich hochsiedende Verbindungen auf niedrigere Stufen, während sich niedrigsiedende Verbindungen auf höhere Stufen konzentrieren.
Destillationskolonnen verwenden Grundprinzipien von Flüssigkeits-Dampf-Gleichgewichtsgemischen. Wenn eine Flüssigkeit mit Wärme beaufschlagt wird, steigt die Temperatur der Flüssigkeit bis zum Erreichen des Siedepunkts (BP). Beim BP verursacht zusätzliche Energie keinen Temperaturanstieg. Vielmehr nutzen die Moleküle es, um der flüssigen Phase zu entkommen und zu einem Gas zu werden.
Die vom neuen Gasmolekül aufgenommene Energie steht nicht mehr zur Erwärmung des nächsten flüssigen Moleküls zur Verfügung. Wenn die Flüssigkeit siedet, kühlt sie sich auch ab, da die Energie fehlt, die die Gasmoleküle in einer Gasphase hält. Diese Abkühlung führt dazu, dass ein Teil der Gasmoleküle wieder zu Flüssigkeit kondensiert und die Verdampfungsenergie freigesetzt wird. Die freigesetzte Energie kann die Flüssigkeit wieder erwärmen. Bei Gleichgewichtsbedingungen entspricht die Verdampfungsrate der Kondensationsrate.
In einer Mehrkomponenten-Destillationskolonne wird auf jeder Stufe ein Gleichgewichtsgemisch eingestellt. Es gibt eine konstante Quelle neuer Energie, die dem Boden der Säule zugeführt wird. Diese Wärme bewirkt, dass einige der Gasphasenmoleküle der flüchtigsten Verbindung auf jeder Stufe, die mit dem niedrigsten Blutdruck, zur nächsten Stufe aufsteigen. In diesem höheren Stadium wird das Gemisch erneut versuchen, sich ins Gleichgewicht zu bringen. Die von unten kommenden Moleküle haben möglicherweise einen zu hohen Blutdruck, um auf dieser Stufe zu verdampfen, sodass sie sich in der flüssigen Phase ansammeln.
Schließlich wird die Flüssigkeit in jeder Stufe in einer oder mehreren der Komponenten konzentriert. Seitenströme können in einer oder mehreren Stufen entnommen werden. Die Flüssigkeitsströme werden in einer oder mehreren Komponenten konzentriert, und zusätzliche Destillationsschritte können erforderlich sein.
Erdöl wird typischerweise durch Mehrkomponentendestillation in Fraktionen destilliert. Eine Fraktion ist eine Reihe ähnlicher Verbindungen mit einem engen Blutdruck, die als einzelne Verbindung behandelt werden können. Benzin ist ein Beispiel. Ein Gas mit niedrigem Blutdruck kann am Kopf der Säule entnommen werden und erfordert keine weitere Verarbeitung.
Die Auslegung einer Mehrkomponentendestillation erfordert komplexe Berechnungen. Zu den Kolonnenauslegungsparametern gehören die Angabe der Anzahl der Stufen, der Beschickungsstufe des Rohmaterials, der Stufen, in denen die Produktströme entfernt werden, und der zum Antreiben der Kolonne erforderlichen Wärme. Spezialisierte Mehrkomponenten-Destillationscomputerprogramme führen diese Berechnungen durch, die Ingenieure lernen jedoch immer noch grafische Lösungsmethoden, um den Prozess zu verstehen.