Введение

Метод дестилляции при пониженном давлении и низкой температуре. Вакуумная дистилляция, или дистилляция под пониженным давлением, – это вид дистилляции, проводимый при пониженном давлении, что позволяет очищать соединения, которые трудно перегонять при атмосферном давлении, или просто экономить время и энергию. Эта техника разделяет соединения на основе различий в их температурах кипения. Она используется, когда температура кипения целевого соединения трудно достижима или может привести к его разложению. Пониженное давление снижает температуру кипения соединений. Уменьшение температуры кипения можно рассчитать с помощью номограммы «температура-давление», используя соотношение Клаузиуса-Клапейрона.

Применение в лабораторных условиях

Соединения с температурой кипения ниже 150 °C обычно дистиллируют при атмосферном давлении. Для образцов с высокой температурой кипения часто применяют аппаратуру для короткопутьевой дистилляции. Эта техника подробно описана в книге "Органический синтез".

Роторная испарение

Роторное испарение – распространенный метод, используемый в лабораториях для концентрирования или выделения вещества из раствора. Многие растворители являются летучими и могут легко удаляться методом роторного испарения. Даже менее летучие растворители могут быть удалены роторным испарением под высоким вакуумом и при нагревании. Этот метод также используется природоохранными надзорными органами для определения содержания растворителей в красках, покрытиях и чернилах.

Учитывания безопасности

Безопасность – важный аспект при работе со стеклянной посудой под вакуумом. Царапины и трещины могут стать причиной взрыва внутрь (имплозии) при создании вакуума. Обмотка стеклянной посуды скотчем, насколько это возможно, помогает предотвратить опасное разлетание осколков в случае имплозии.

Вакуумная дистилляция в нефтепереработке

Нефть – сложная смесь сотен различных углеводородных соединений, обычно содержащих от 3 до 60 атомов углерода в молекуле, хотя небольшое количество углеводородов может выходить за эти пределы. Переработка нефти начинается с дистилляции поступающей сырой нефти в так называемой атмосферной дистилляционной колонне, работающей под давлением, лишь незначительно превышающим атмосферное. Дистилляционные колонны, подобные тем, что изображены на рисунках 1 и 2, могут иметь диаметр 15 метров и более, высоту до 50 метров и производительность до 25 400 кубических метров в сутки (160 000 баррелей в сутки). Внутреннее устройство вакуумной дистилляционной колонны должно обеспечивать эффективный контакт пара и жидкости, одновременно поддерживая очень незначительное увеличение давления от верха колонны к низу. Поэтому в вакуумной колонне тарельчатые насадки используются только в местах отбора продуктов из колонны (так называемые боковые отборы). Большая часть колонны заполнена насадкой для обеспечения контакта пара и жидкости, поскольку такая насадка создает меньшее перепадение давления, чем тарельчатые насадки. Эта насадка может быть структурированной из листового металла или беспорядочно уложенной, например, кольцами Рашига. Абсолютное давление от 10 до 40 мм рт. ст. в вакуумной колонне чаще всего достигается с помощью многоступенчатых эжекторов, работающих на пару. Многие отрасли промышленности, помимо нефтеперерабатывающей, используют вакуумную дистилляцию в меньших масштабах. Копенгагенский дистилляционный завод Empirical Spirits, основанный бывшими шеф-поварами ресторана Noma, применяет этот процесс для создания спиртных напитков с уникальными вкусовыми характеристиками. Их флагманский напиток, Helena, производится с использованием кодзи, пильзенского солода и бельгийских сезонных дрожжей.

Масштабная очистка воды

Вакуумная дистилляция часто используется на крупных промышленных предприятиях как эффективный способ удаления соли из морской воды для получения пресной воды. Этот процесс известен как опреснение. Морскую воду помещают под вакуум для снижения температуры кипения, и к ней подводится источник тепла, позволяя пресной воде испаряться и конденсироваться. Конденсация водяного пара предотвращает заполнение вакуумной камеры паром и обеспечивает непрерывность процесса без потери вакуумного давления. Тепло, выделяющееся при конденсации водяного пара, отводится теплоотводом, который использует поступающую морскую воду в качестве охладителя, тем самым предварительно нагревая подачу морской воды. Некоторые виды дистилляции не используют конденсаторы, а вместо этого механически сжимают пар с помощью насоса. Это работает как тепловой насос, концентрируя тепло пара и позволяя возвращать и повторно использовать это тепло для поступающего источника неочищенной воды. Существует несколько способов вакуумной дистилляции воды, наиболее распространенными из которых являются многоэффектная дистилляция, дистилляция с компрессией пара и многоступенчатая дистилляция с мгновенным испарением.

Молекулярная дистилляция

Молекулярная дистилляция – это вакуумная дистилляция, проводимая при давлении ниже 0,01 торр (1,3 Па). 0,01 торр на один порядок выше, чем давление в условиях высокого вакуума, где жидкости переходят в режим свободного молекулярного потока, то есть средняя длина свободного пробега молекул сопоставима с размерами оборудования. Газовая фаза перестает оказывать существенное давление на испаряемое вещество, и, как следствие, скорость испарения перестает зависеть от давления. Это происходит потому, что применимость допущений о континууме в гидродинамике теряется, и массоперенос определяется молекулярной динамикой, а не гидродинамикой. Поэтому необходимо обеспечить короткое расстояние между нагреваемой и охлаждаемой поверхностями, как правило, путем размещения нагретой пластины с тонкой пленкой исходного материала рядом с охлаждаемой пластиной с прямой видимостью между ними. Молекулярная дистилляция используется в промышленности для очистки масел.