Wat is multicomponentdestillatie?
Multicomponentendestillatie is een chemisch proces waarbij een mengsel van vluchtige verbindingen scheidt op basis van hun kookpunten. Het proces vindt plaats in een destillatiekolom, een verticale stapel trays of stadia waarop componenten in hun vloeibare en dampfase naast elkaar bestaan. Terwijl het mengsel de kolom op beweegt, concentreren hoogkokende verbindingen zich op lagere trappen, terwijl laagkokende verbindingen zich concentreren op hogere trappen.
Destillatiekolommen gebruiken basisprincipes van vloeistof-damp evenwichtmengsels. Terwijl warmte op een vloeistof wordt toegepast, stijgt de temperatuur van de vloeistof tot het kookpunt (BP) wordt bereikt. Bij de BP veroorzaakt extra energie geen temperatuurstijging; integendeel, de moleculen gebruiken het om uit de vloeibare fase te ontsnappen en een gas te worden.
De energie die wordt geabsorbeerd door het nieuwe gasmolecuul is niet langer beschikbaar om het volgende vloeibare molecuul te verwarmen. Terwijl de vloeistof kookt, koelt deze ook door de afwezigheid van energie die de gasmoleculen in een gasfase houdt. Door deze koeling zullen sommige gasmoleculen weer in vloeistof condenseren, waardoor de verdampingsenergie vrijkomt. De vrijgekomen energie kan de vloeistof opnieuw verwarmen. Bij evenwichtscondities is de verdampingssnelheid gelijk aan de condensatiesnelheid.
In een multicomponentdestillatiekolom wordt in elke fase een evenwichtsmengsel tot stand gebracht. Er wordt een constante bron van nieuwe energie aan de onderkant van de kolom geleverd. Deze hitte zorgt ervoor dat sommige van de gasfase-moleculen van de meest vluchtige verbinding in elke fase, die met de laagste BP, naar de volgende fase stijgen. In dit hogere stadium zal het mengsel opnieuw proberen in evenwicht te komen. De moleculen die van onderaf komen, kunnen een te hoge BP hebben om in dit stadium te verdampen, zodat ze zich in de vloeibare fase ophopen.
Uiteindelijk wordt de vloeistof in elke fase geconcentreerd in een of meer van de componenten. Nevenstromen kunnen in een of meer fasen worden verwijderd. De vloeistofstromen worden geconcentreerd in een of meer componenten en aanvullende destillatiestappen kunnen noodzakelijk zijn.
Aardolie wordt typisch gedestilleerd in fracties via multicomponentdestillatie. Een fractie is een reeks vergelijkbare verbindingen met nauwe BP die kunnen worden behandeld als een enkele verbinding. Benzine is een voorbeeld. Een laag BP-gas kan van de bovenkant van de kolom worden afgenomen en behoeft geen verdere bewerking.
Het ontwerp van een multicomponentdestillatie vereist complexe berekeningen. De kolomontwerpparameters omvatten het specificeren van het aantal fasen, de toevoerstap van de grondstof, de fasen waarin productstromen worden verwijderd en de warmte die nodig is om de kolom aan te drijven. Gespecialiseerde multicomponent-destillatiecomputerprogramma's voeren deze berekeningen uit, maar ingenieurs leren nog steeds grafische oplossingsmethoden om het proces te begrijpen.