Destylacja z wykorzystaniem próżni

Destylacja to proces oddzielania składników lub substancji z ciekłej mieszaniny.
Proces ten opiera się na różnicach w relatywnej lotności poszczególnych składników.
W destylacji próżniowej próżnia jest wykorzystywana do obniżenia temperatury wrzenia substancji przeznaczonych do rozdzielenia.

Niektóre związki mają bardzo wysoką temperaturę wrzenia. W tym przypadku próżnia może być użyta do obniżenia temperatury wrzenia zamiast podwyższania temperatury związku. Po obniżeniu ciśnienia do poziomu ciśnienia pary związku można rozpocząć proces destylacji. Technika ta określana jest mianem destylacji próżniowej.

Temperatura wrzenia oddzielanych substancji jest niższa w warunkach próżniowych.
Dlatego destylacja próżniowa jest procesem pierwszego wyboru, gdy oddzielane składniki w normalnych warunkach charakteryzują się wysoką temperaturą wrzenia lub właściwościami wybuchowymi.

Stosowanie próżni w procesach destylacji ma zatem kilka zalet:

Najczęściej stosowanymi pompami próżniowymi do destylacji są suche śrubowe pompy próżniowe. Dzięki zasadzie działania na sucho gazy procesowe nie są zanieczyszczane.

Odpowiednie mogą być również pompy próżniowe z pierścieniem cieczowym. Wykorzystanie produktu destylowanego jako płynu eksploatacyjnego umożliwia kondensację wewnątrz pierścienia cieczy, tak jak w przypadku regeneracji glikolu monoetylenowego (MEG).

Przepływowe obrotowe łopatkowe pompy próżniowe smarowane olejem są preferowanymi produktami, gdy proces jest korozyjny lub może powodować polimeryzację. Obrotowe łopatkowe pompy próżniowe smarowane olejem są doskonałym rozwiązaniem do lekkich zastosowań.

Wspomaganie próżniowe może być również stosowane w celu zwiększenia wydajności pompowania i/lub osiągnięcia niższego ciśnienia roboczego.

Układy destylacji próżniowej są często połączeniem objętościowej pompy próżniowej (takiej jak COBRA, DOLPHIN, HUCKEPACK lub R5) i skraplacza służącego do zbierania cennych związków. Skraplacz może być zainstalowany przed lub za pompą próżniową w zależności od wymagań procesu.

Układ destylacji próżniowej składa się zazwyczaj z następujących podstawowych elementów:

Układ próżniowy usuwa substancje, których nie można skroplić, i frakcję. Wynikiem tego jest niższe ciśnienie w układzie. To z kolei prowadzi do niższej temperatury wrzenia (tzw. ciepła jawnego), co idzie w parze z oszczędnością energii i wyższą wydajnością.

Nie ma jednego uniwersalnego rozwiązania przy zakupie układu destylacji próżniowej. Aby zapewnić najbardziej efektywne rozwiązanie, należy wziąć pod uwagę różne parametry.

Rozwiązanie zapewniające spokój ducha

Najlepszy układu próżniowego to taki, o którego nigdy nie trzeba się martwić. Powinien on zapewnić wymaganą wydajność. A także działać bezproblemowo i niezawodnie. Można to osiągnąć dzięki kombinacji właściwej technologii zintegrowanej na odpowiednim agregacie pompowym. W połączeniu z wymaganymi czujnikami ochrony i bezpieczeństwa. Właściwe procedury operacyjne, w tym cykle rozgrzewania i wyłączania, są również kluczowymi czynnikami zapewniającymi bezproblemową eksploatację. Układ destylacji próżniowej może również obejmować redundancję. Zapewnia to zwiększenie niezawodności systemu i skrócenie czasu przestojów poprzez umożliwienie konserwacji bez przerywania procesu.

Bezpieczeństwo

Układ destylacji próżniowej nigdy nie powinien stanowić zagrożenia dla współpracowników. Jest to szczególnie ważne, gdy mamy do czynienia ze związkami wybuchowymi, łatwopalnymi i toksycznymi. W takim przypadku układ próżniowy musi spełniać wymagania lokalnych przepisów przeciwwybuchowych, takich jak ATEX, IECEX, Ex-Proof lub KOSHA. Istotny jest również odpowiedni poziom szczelności, aby zapobiec wyciekom toksycznych związków. W tym przypadku zalecane są specjalne opcje, takie jak podwójne uszczelnienia mechaniczne czy gazy barierowe.

Koszt posiadania

Skupianie się wyłącznie na początkowych kosztach inwestycyjnych nie jest zazwyczaj najlepszym sposobem optymalizacji całkowitego kosztu posiadania układu destylacji próżniowej. Należy wziąć pod uwagę kilka innych parametrów, aby z jednej strony wybrać właściwą technologię, a z drugiej zapewnić dostosowanie projektu systemu. Główne punkty do rozważenia obejmują zużycie wody chłodzącej, płynu eksploatacyjnego, płynu do przepłukiwania i innych, ale także koszty usuwania odpadów takie jak uzdatnianie wody zanieczyszczonej płynem eksploatacyjnym. Należy również wziąć pod uwagę częstotliwość i koszt konserwacji. Wreszcie, ważne jest całościowe spojrzenie na układ próżniowy. Na przykład zbyt cienkie przewody rurowe mogą znacznie pogorszyć wydajność układu.

Efektywność energetyczna

Zużycie energii przez układ destylacji próżniowej jest kluczowym czynnikiem wyboru. W zależności od ciśnienia roboczego można rozważyć różne technologie. W przypadku niskich ciśnień i dużych przepływów objętościowych rozwiązaniem efektywnym pod względem kosztów i energii może być konstrukcja wielostopniowa obejmująca wspomaganie próżniowe. Poza tym kluczowe znaczenie ma regulacja zapotrzebowania na próżnię. Obecnie większość układów może pracować z napędem o zmiennej prędkości obrotowej w celu zmniejszenia zużycia energii, gdy zapotrzebowanie na próżnię jest niskie.

Wydłużony okres eksploatacji

Aby wydłużyć okres eksploatacji układu podciśnieniowego, należy wziąć pod uwagę kilka parametrów. Jednym z nich jest zastosowanie odpowiedniej technologii i właściwej konfiguracji pompy. Obejmuje to wybór odpowiedniej cieczy uszczelniającej i konstrukcji oraz odpowiednich materiałów uszczelniających dla substancji chemicznych docierających do układu próżniowego. Kolejnym jest właściwe użytkowanie układu. W większości przypadków, aby utrzymać wydajność na poziomie standardów fabrycznych, wymagane są cykle rozgrzewania i wyłączania, obejmujące także czyszczenie na miejscu (CIP).

Oszczędność pieniędzy dzięki modernizacji układu

Proces produkcyjny, w tym zapotrzebowanie na próżnię, może ulegać zmianom. To prowadzi do pytania, czy Twój układ jest nadal dostosowany do Twoich potrzeb oraz czy nadal działa z najwyższą efektywnością energetyczną. Gdy nadchodzi czas modernizacji lub wymiany układu próżniowego, warto przyjrzeć się całej instalacji, aby określić możliwości optymalizacji. Nowoczesne technologie mogą pozwolić na zaoszczędzenie pieniędzy poprzez zmniejszenie zużycia płynów eksploatacyjnych i energii. Przykładem może być przejście ze strumienic parowych na rozwiązania suche.

Gaz procesowy

W zależności od składu gazu procesowego cenne może być jego odzyskiwanie lub neutralizacja. Rozwiązanie suche pozwala na przykład na odzyskanie niezanieczyszczonego gazu procesowego na wylocie z pompy próżniowej. Pompa próżniowa z pierścieniem cieczowym pracująca z odpowiednim płynem eksploatacyjnym może stanowić skuteczny układ neutralizacji. Na przykład układ APOVAC zaprojektowano specjalnie do tego celu.

Wybór pompy próżniowej zależy od wymagań danego procesu. Najbardziej odpowiednie produkty to pompy próżniowe COBRA, DOLPHIN, HUCKEPACK lub R5 oraz wspomaganie próżniowe.

Rozwiązania firmy Busch są stosowane w większości procesów destylacji próżniowej.
Od destylacji ropy naftowej w rafineriach do przygotowania API (Active Pharmaceutical Ingredients) w przemyśle farmaceutycznym. Znajdują one również szerokie zastosowanie w przemyśle agrochemicznym, a także w ekstrakcji oraz przygotowywaniu smaków i aromatów.

Aby wyprodukować benzynę, olej napędowy, paliwo lotnicze lub olej opałowy, należy najpierw rozłożyć ropę naftową na składniki. Ten proces odbywa się w rafineriach oleju z wykorzystaniem destylacji.

Ropa naftowa zawiera cięższe i lżejsze węglowodory o różnych temperaturach wrzenia, dlatego wymagane są dwa procesy destylacji. Po przeprowadzeniu destylacji atmosferycznych odbywa się drugi proces destylacji w warunkach próżni. W tym przypadku destylacja próżniowa pozwala na oddzielenie ciężkich węglowodorów w tylko nieznacznie wyższych temperaturach. Co z kolei minimalizuje ryzyko krakingu składników i powstawania niepożądanych produktów ubocznych.