Vad är multikomponentdestillation?

Multikomponentdestillation är en kemisk process där en blandning av flyktiga föreningar separeras baserat på deras kokpunkter. Processen sker i en destillationskolonn, en vertikal stapling av brickor eller stadier på vilka komponenter i deras vätske- och ångfaser existerar. När blandningen rör sig uppåt i kolonnen, koncentrerar högkokande föreningar sig på lägre steg, medan lågkokande föreningar koncentrerar sig på högre steg.

Destillationskolumner använder grundläggande principer för jämviktblandningar med flytande ånga. När värme appliceras på en vätska stiger vätskans temperatur tills den når kokpunkten (BP). Vid BP orsakar ytterligare energi inte en temperaturökning; snarare använder molekylerna den för att undkomma vätskefasen och bli en gas.

Den energi som absorberas av den nya gasmolekylen är inte längre tillgänglig för att värma nästa flytande molekyl. När vätskan kokar, kyls den också från frånvaro av energin som håller gasmolekylerna i en gasfas. Denna kylning kommer att få vissa av gasmolekylerna att kondensera till vätska igen, vilket frigör förångningsenergin. Den frigjorda energin kan återuppvärma vätskan. Vid jämviktsförhållanden är förångningshastigheten lika med kondensationshastigheten.

I en multikomponentdestillationskolonn upprättas en jämviktsblandning på varje steg. Det finns en konstant källa för ny energi som tillförs botten av kolonnen. Denna värme får några av gasfasmolekylerna i den mest flyktiga föreningen i varje steg, den med lägsta BP, att stiga till nästa steg. I detta högre skede kommer blandningen att försöka komma i jämvikt igen. Molekylerna som kommer underifrån kan ha för hög BP för att förångas på detta stadium, så de ackumuleras i vätskefasen.

Så småningom koncentreras vätskan i varje steg i en eller flera av komponenterna. Sidströmmar kan tas av i ett eller flera steg. Vätskeflödena kommer att koncentreras i en eller flera komponenter, och ytterligare destillationssteg kan vara nödvändiga.

Petroleum destilleras vanligtvis till fraktioner via multikomponentdestillation. En fraktion är en rad liknande föreningar med nära BP som kan behandlas som en enda förening. Bensin är ett exempel. En låg BP-gas kan tas från toppen av kolonnen och kräver inte ytterligare bearbetning.

Utformningen av en multikomponentdestillation kräver komplexa beräkningar. Kolonndesignparametrarna inkluderar specificering av antal steg, råmaterialets matningssteg, stadierna vid vilka produktströmmar tas bort och värmen som behövs för att driva kolonnen. Specialiserade multikomponentdestillationsdatorprogram utför dessa beräkningar, men ingenjörer lär sig fortfarande grafiska lösningsmetoder för att förstå processen.