Co to jest destylacja wieloskładnikowa?
Destylacja wieloskładnikowa jest procesem chemicznym, w którym mieszanina lotnych związków oddziela się na podstawie ich temperatur wrzenia. Proces zachodzi w kolumnie destylacyjnej, pionowym stosie tac lub etapach, na których współistnieją składniki w fazie ciekłej i parowej. Gdy mieszanina przesuwa się w górę kolumny, związki o wysokiej temperaturze wrzenia koncentrują się na niższych etapach, podczas gdy związki o niskiej temperaturze wrzenia koncentrują się na wyższych etapach.
Kolumny destylacyjne wykorzystują podstawowe zasady mieszanin równowaga ciecz-para. Gdy ciepło jest doprowadzane do cieczy, temperatura cieczy wzrasta do osiągnięcia temperatury wrzenia (BP). W BP dodatkowa energia nie powoduje wzrostu temperatury; raczej cząsteczki używają go do ucieczki z fazy ciekłej i przekształcenia się w gaz.
Energia pochłonięta przez nową cząsteczkę gazu nie jest już dostępna do ogrzania następnej ciekłej cząsteczki. Gdy ciecz wrze, ochładza się również z powodu braku energii utrzymującej molekuły gazu w fazie gazowej. To chłodzenie spowoduje, że niektóre cząsteczki gazu ponownie skondensują się w ciecz, uwalniając energię parowania. Uwolniona energia jest w stanie podgrzać ciecz. W warunkach równowagi szybkość parowania jest równa szybkości kondensacji.
W wieloskładnikowej kolumnie destylacyjnej na każdym etapie ustanawia się mieszaninę równowagi. Stałe źródło nowej energii jest dostarczane do dolnej części kolumny. Ciepło to powoduje, że niektóre cząsteczki fazy gazowej najbardziej lotnego związku na każdym etapie, o najniższym BP, przechodzą do następnego etapu. Na tym wyższym etapie mieszanina ponownie spróbuje dojść do równowagi. Cząsteczki pochodzące z dołu mogą mieć zbyt wysoki BP, aby odparować na tym etapie, więc gromadzą się w fazie ciekłej.
W końcu ciecz na każdym etapie koncentruje się w jednym lub większej liczbie składników. Strumienie boczne można zdjąć na jednym lub kilku etapach. Strumienie cieczy zostaną skoncentrowane w jednym lub większej liczbie składników i konieczne mogą być dodatkowe etapy destylacji.
Ropa naftowa jest zazwyczaj destylowana na frakcje poprzez destylację wieloskładnikową. Frakcja to szereg podobnych związków o bliskim BP, które można traktować jako pojedynczy związek. Benzyna jest przykładem. Gaz o niskim BP można usunąć ze szczytu kolumny i nie wymagać dalszego przetwarzania.
Projektowanie destylacji wieloskładnikowej wymaga skomplikowanych obliczeń. Parametry projektowe kolumny obejmują określenie liczby etapów, etapu zasilania surowca, etapów, na których usuwane są strumienie produktu oraz ciepła potrzebnego do napędzania kolumny. Te obliczenia wykonują wyspecjalizowane programy komputerowe do destylacji wieloskładnikowej, ale inżynierowie wciąż uczą się graficznych metod rozwiązywania problemów.