กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 5 นาที

การกลั่นแบบต่อเนื่อง

การกลั่นแบบต่อเนื่องซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของการกลั่นคือกระบวนการแยกสารอย่างต่อเนื่อง โดยป้อนสารผสมเข้าสู่กระบวนการอย่างต่อเนื่อง (โดยไม่หยุดชะงัก) และแยกส่วนประกอบต่างๆ...

การกลั่นแบบต่อเนื่อง

ภาพที่ 1: หอแยกกลั่นแบบอุตสาหกรรมทั่วไป
ภาพที่ 2: หอแยกน้ำมันดิบด้วยระบบสุญญากาศที่ใช้ในโรงกลั่นน้ำมัน

การกลั่นแบบต่อเนื่องซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของการกลั่นคือกระบวนการแยกสารอย่างต่อเนื่อง โดยป้อนสารผสมเข้าสู่กระบวนการอย่างต่อเนื่อง (โดยไม่หยุดชะงัก) และแยกส่วนประกอบต่างๆ ออกมาเป็นสารที่ได้ออกมาอย่างต่อเนื่อง การกลั่นคือการแยกหรือการแยกบางส่วนของสารผสมที่เป็นของเหลวออกเป็นส่วนประกอบหรือเศษส่วนต่างๆ โดยการต้ม ( หรือ การ ระเหย ) และการควบแน่น แบบเลือกสรร กระบวนการนี้จะให้ผลผลิตอย่างน้อยสองเศษส่วน ซึ่งประกอบด้วย เศษส่วนของสารกลั่น ระเหยง่าย อย่างน้อยหนึ่ง ส่วน ที่เดือดและถูกแยกออกมาเป็นไอแล้วควบแน่นเป็นของเหลว และโดยทั่วไปแล้วจะ มีเศษส่วนของ สารตกค้าง (หรือกาก ) ซึ่งเป็นสารตกค้างที่มีความระเหยน้อยที่สุดที่ไม่ได้ถูกแยกออกมาเป็นไอแล้วควบแน่น

การกลั่นแบบเป็น ชุดเป็นอีกทางเลือกหนึ่งของการกลั่นแบบต่อเนื่องโดยจะเติมสารผสมลงในหน่วยกลั่นในตอนเริ่มต้น จากนั้นจะนำส่วนกลั่นแต่ละส่วนออกมาทีละส่วนตามลำดับเวลา และนำส่วนที่เหลืออยู่ด้านล่างออกในตอนท้าย เนื่องจากส่วนกลั่นแต่ละส่วนถูกนำออกมาในเวลาที่ต่างกัน จึงต้องการจุดทางออกของส่วนกลั่นเพียงจุดเดียวสำหรับการกลั่นแบบเป็นชุด และสามารถเปลี่ยนภาชนะรับส่วนกลั่นไปยังภาชนะอื่นได้ การกลั่นแบบเป็นชุดมักใช้เมื่อกลั่นในปริมาณน้อย ในการกลั่นแบบต่อเนื่อง ส่วนกลั่นแต่ละส่วนจะถูกนำออกมาพร้อมกันตลอดการทำงาน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีจุดทางออกแยกต่างหากสำหรับแต่ละส่วน ในทางปฏิบัติ เมื่อมีส่วนกลั่นหลายส่วน จุดทางออกของส่วนกลั่นจะอยู่ที่ระดับความสูงต่างกันบนหอแยกส่วนส่วนด้านล่างสามารถนำออกมาจากด้านล่างของหอหรือหน่วยกลั่นได้ แต่ส่วนใหญ่มักจะนำออกมาจากหม้อต้มที่เชื่อมต่อกับด้านล่างของหอ

แต่ละส่วนย่อยอาจประกอบด้วยส่วนประกอบ (ประเภทของสารประกอบทางเคมี ) หนึ่งอย่างหรือมากกว่านั้น เมื่อกลั่นน้ำมันดิบหรือวัตถุดิบที่คล้ายคลึงกัน แต่ละส่วนย่อยจะมีส่วนประกอบหลายอย่างที่มีความผันผวนและคุณสมบัติอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกัน แม้ว่าจะสามารถทำการกลั่นแบบต่อเนื่องในระดับเล็กหรือในห้องปฏิบัติการได้ แต่โดยส่วนใหญ่แล้วการกลั่นแบบต่อเนื่องจะใช้ในกระบวนการทางอุตสาหกรรมขนาดใหญ่

การใช้งานในอุตสาหกรรม

การกลั่นเป็นหนึ่งในกระบวนการทางวิศวกรรมเคมีและวิศวกรรมอาหาร [ 1 ] [ 2 ] การกลั่นแบบต่อเนื่องถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมกระบวนการทางเคมีที่ต้องกลั่นของเหลวปริมาณมาก[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]อุตสาหกรรมดังกล่าว ได้แก่การแปรรูปก๊าซธรรมชาติการผลิตปิโตรเคมีการแปรรูปน้ำมันดินการผลิตสุราการแยกอากาศเหลวการผลิต ตัวทำละลาย ไฮโดรคาร์บอน การแยก สารแคนนาบินอยด์และอุตสาหกรรมที่คล้ายคลึงกัน แต่มีการใช้งานอย่างกว้างขวางที่สุดในโรงกลั่นปิโตรเลียมในโรงกลั่นดังกล่าว วัตถุดิบ น้ำมันดิบเป็นส่วนผสมหลายองค์ประกอบที่ซับซ้อนมากซึ่งต้องแยกออกจากกัน และไม่คาดหวังผลผลิตของสารประกอบทางเคมีบริสุทธิ์ แต่คาดหวังเพียงกลุ่มของสารประกอบภายในช่วงจุดเดือด ที่ค่อนข้างแคบ ซึ่งเรียกว่าเศษส่วนเศษส่วนเหล่านี้เป็นที่มาของคำว่าการกลั่นแบบเศษส่วนหรือการแยกเศษส่วนบ่อยครั้งไม่คุ้มค่าที่จะแยกส่วนประกอบในเศษส่วนเหล่านี้ต่อไปอีกโดยพิจารณาจากข้อกำหนดของผลิตภัณฑ์และเศรษฐศาสตร์

โดยทั่วไป การกลั่นในระดับอุตสาหกรรมจะดำเนินการในคอลัมน์ทรงกระบอกแนวตั้งขนาดใหญ่ (ดังแสดงในภาพที่ 1 และ 2) ซึ่งรู้จักกันในชื่อ "หอกลั่น" หรือ "คอลัมน์กลั่น" โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ประมาณ 65 เซนติเมตรถึง 11 เมตร และความสูงตั้งแต่ประมาณ 6 เมตรถึง 60 เมตรหรือมากกว่านั้น

หลักการ

ภาพที่ 3: แผนผังทางวิศวกรรมเคมีของหอแยกส่วนแบบไบนารีต่อเนื่อง การกลั่นแบบไบนารีจะแยกกระแสส่วนผสมป้อนเข้าเป็นสองส่วน คือ ส่วนกลั่นและส่วนก้นภาชนะ

หลักการของการกลั่นแบบต่อเนื่องนั้นเหมือนกับการกลั่นแบบปกติ กล่าวคือ เมื่อของเหลวผสมถูกให้ความร้อนจนเดือด องค์ประกอบของไอน้ำที่อยู่เหนือของเหลวจะแตกต่างจากองค์ประกอบของของเหลว หากไอน้ำนี้ถูกแยกออกและควบแน่นเป็นของเหลว ของเหลวนั้นจะมีความเข้มข้นของส่วนประกอบที่มีจุดเดือดต่ำกว่าของส่วนผสมเดิมมากขึ้น

นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นในหอการกลั่นแบบต่อเนื่อง สารผสมจะถูกให้ความร้อนและส่งเข้าไปในหอการกลั่น เมื่อเข้าสู่หอการกลั่น สารป้อนจะเริ่มไหลลง แต่ส่วนหนึ่งของสารผสมนั้น คือส่วนประกอบที่มีจุดเดือดต่ำกว่า จะระเหยและลอยขึ้นไป อย่างไรก็ตาม ขณะที่มันลอยขึ้น มันจะเย็นลง และในขณะที่ส่วนหนึ่งยังคงลอยขึ้นไปในรูปของไอ ส่วนหนึ่ง (ซึ่งมีความเข้มข้นของ ส่วนประกอบ ที่ระเหย ยากกว่า ) จะเริ่มไหลลงมาอีกครั้ง

ภาพที่ 3 แสดงให้เห็นหอแยกส่วนแบบต่อเนื่องอย่างง่ายสำหรับการแยกกระแสป้อนออกเป็นสองส่วน คือ ผลิตภัณฑ์กลั่นส่วนบนและผลิตภัณฑ์กลั่นส่วนล่าง ผลิตภัณฑ์ที่ "เบาที่สุด" (ผลิตภัณฑ์ที่มีจุดเดือดต่ำที่สุดหรือความผันผวนสูงสุด) จะออกจากด้านบนของหอ และผลิตภัณฑ์ที่ "หนักที่สุด" (ผลิตภัณฑ์กลั่นส่วนล่าง ผลิตภัณฑ์ที่มีจุดเดือดสูงสุด) จะออกจากด้านล่างของหอ กระแสกลั่นส่วนบนอาจถูกทำให้เย็นและควบแน่นโดยใช้คอนเดนเซอร์ ระบายความร้อนด้วยน้ำหรืออากาศ หรือทั้งสองอย่างหม้อต้มของผลิตภัณฑ์กลั่นส่วนล่าง อาจใช้ไอน้ำ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ให้ความร้อนด้วยน้ำมันร้อน ให้ความร้อนจากกระแสอื่นในกระบวนการ หรือแม้แต่เตาเผาที่ ใช้ก๊าซหรือน้ำมันเป็น เชื้อเพลิง

ในกระบวนการกลั่นแบบต่อเนื่อง ระบบจะถูกรักษาให้อยู่ในสภาวะคงที่หรือสภาวะคงที่โดยประมาณ สภาวะคงที่หมายความว่าปริมาณที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการจะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไปในระหว่างการทำงาน ปริมาณคงที่ดังกล่าว ได้แก่ อัตราการป้อนสารตั้งต้น อัตราการไหลของสารที่ได้ อัตราการให้ความร้อนและการทำความเย็น อัตราส่วน การไหลย้อนกลับและอุณหภูมิความดัน และองค์ประกอบ ณ ทุกจุด (ตำแหน่ง) เว้นแต่กระบวนการจะถูกรบกวนเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของสารตั้งต้น การให้ความร้อน อุณหภูมิแวดล้อม หรือการควบแน่น สภาวะคงที่จะถูกรักษาไว้ได้ตามปกติ นี่คือข้อดีหลักของการกลั่นแบบต่อเนื่อง นอกเหนือจากปริมาณการตรวจสอบที่น้อยที่สุด (ซึ่งง่ายต่อการใช้เครื่องมือ) หากอัตราการป้อนและองค์ประกอบของสารตั้งต้นคงที่ อัตราและคุณภาพ ของผลิตภัณฑ์ ก็จะคงที่เช่นกัน แม้ว่าจะมีสภาวะเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้น วิธี การควบคุมกระบวนการ ที่ทันสมัย โดยทั่วไปก็สามารถค่อยๆ นำกระบวนการต่อเนื่องกลับไปสู่สภาวะคงที่อีกครั้งได้

เนื่องจากเครื่องกลั่นแบบต่อเนื่องจะได้รับส่วนผสมป้อนเข้าอย่างต่อเนื่อง ไม่ได้เติมทั้งหมดในครั้งเดียวเหมือนการกลั่นแบบเป็นชุด ดังนั้นเครื่องกลั่นแบบต่อเนื่องจึงไม่จำเป็นต้องใช้หม้อกลั่น ภาชนะ หรืออ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่สำหรับการเติมแบบเป็นชุด แต่สามารถป้อนส่วนผสมเข้าไปในคอลัมน์โดยตรง ซึ่งเป็นจุดที่เกิดการแยกสารจริง ความสูงของจุดป้อนส่วนผสมตามแนวคอลัมน์สามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามสถานการณ์ และได้รับการออกแบบเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด ดู วิธี การ ของ McCabe–Thiele

การกลั่นแบบต่อเนื่องมักเป็นการกลั่นแบบแยกส่วนและอาจเป็นการกลั่นในสุญญากาศหรือการกลั่นด้วยไอน้ำก็ได้

การออกแบบและการดำเนินงาน

การออกแบบและการทำงานของคอลัมน์กลั่นขึ้นอยู่กับวัตถุดิบและผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ หากวัตถุดิบประกอบด้วยส่วนประกอบแบบไบนารีอย่างง่าย สามารถใช้วิธีการวิเคราะห์ เช่นวิธี McCabe–Thiele [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]หรือสมการ Fenske [ 5 ]เพื่อช่วยในการออกแบบ สำหรับวัตถุดิบที่มีส่วนประกอบหลายชนิด จะใช้แบบจำลอง การจำลอง ด้วยคอมพิวเตอร์ ทั้งในการออกแบบและในการทำงานของคอลัมน์ในภายหลัง การสร้างแบบจำลองยังใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพคอลัมน์ที่สร้างขึ้นแล้วสำหรับการกลั่นสารผสมอื่น ๆ นอกเหนือจากที่อุปกรณ์กลั่นได้รับการออกแบบมาแต่เดิม

เมื่อเครื่องกลั่นแบบต่อเนื่องทำงาน จะต้องมีการตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบของสารป้อนเข้าอุณหภูมิในการทำงานและองค์ประกอบของผลิตภัณฑ์อย่างใกล้ชิด งานเหล่านี้ส่วนใหญ่ดำเนินการโดยใช้อุปกรณ์ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ขั้นสูง

ป้อนคอลัมน์

สามารถป้อนสารเข้าสู่คอลัมน์กลั่นได้หลายวิธี หากสารป้อนมาจากแหล่งที่มีความดันสูงกว่าความดันของคอลัมน์กลั่น ก็สามารถป้อนผ่านท่อเข้าไปในคอลัมน์ได้โดยตรง แต่หากความดันต่ำกว่านั้น ก็อาจใช้วิธีการปั๊มหรืออัดสารป้อนเข้าไปในคอลัมน์ สารป้อนอาจเป็นไอน้ำร้อนยวดยิ่งไอน้ำอิ่มตัวส่วนผสมของของเหลวและไอน้ำที่ระเหยไปบางส่วนของเหลวอิ่มตัว (เช่น ของเหลวที่จุดเดือดที่ความดันของคอลัมน์) หรือของเหลวที่เย็นตัวลงหากสารป้อนเป็นของเหลวที่มีความดันสูงกว่าความดันของคอลัมน์มาก และไหลผ่านวาล์วลดความดันก่อนถึงคอลัมน์ ของเหลวนั้นจะขยายตัวทันทีและเกิดการระเหยแบบฉับพลัน บางส่วน ส่งผลให้เกิดส่วนผสมของของเหลวและไอน้ำเมื่อเข้าสู่คอลัมน์กลั่น

การปรับปรุงการแยก

ภาพที่ 4: แผนผังทางวิศวกรรมเคมีแบบง่ายของหอแยกส่วนแบบต่อเนื่อง (Continuous Fractional Distillation) ที่แยกกระแสส่วนผสมป้อนเข้าหนึ่งกระแสออกเป็นส่วนกลั่นสี่ส่วนและส่วนก้นถังหนึ่งส่วน

แม้ว่าหน่วยขนาดเล็กซึ่งส่วนใหญ่ทำจากแก้วจะสามารถใช้ในห้องปฏิบัติการได้ แต่หน่วยอุตสาหกรรมนั้นมีขนาดใหญ่ เป็นภาชนะเหล็กทรงสูง (ดูภาพที่ 1 และ 2) ซึ่งรู้จักกันในชื่อ "หอกลั่น" หรือ "คอลัมน์กลั่น" เพื่อปรับปรุงการแยกสาร หอกลั่นมักจะมีแผ่นหรือถาด แนวนอนอยู่ภายใน ดังแสดงในภาพที่ 5 หรือคอลัมน์อาจบรรจุด้วยวัสดุบรรจุ เพื่อให้ความร้อนที่จำเป็นสำหรับการระเหยในกระบวนการกลั่นและเพื่อชดเชยการสูญเสียความร้อน ความร้อนมักจะถูกเพิ่มเข้าไปที่ด้านล่างของคอลัมน์โดยใช้หม้อต้มและความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ด้านบนสามารถปรับปรุงได้โดยการนำของเหลวผลิตภัณฑ์ด้านบนที่ควบแน่นภายนอกบางส่วนกลับมาใช้เป็นสารกลั่นไหลย้อนกลับ ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ คอลัมน์กลั่นอาจมีช่องระบายของเหลวเป็นระยะๆ ตลอดความยาวของคอลัมน์ดังแสดงในภาพที่ 4

กรดไหลย้อน

หอแยกส่วนอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ใช้การไหลย้อนกลับเพื่อให้ได้การแยกผลิตภัณฑ์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น[ 3 ] [ 5 ]การไหลย้อนกลับหมายถึงส่วนของของเหลวควบแน่นจากหอกลั่นที่ถูกส่งกลับไปยังส่วนบนของหอ ดังแสดงในภาพที่ 3 และ 4 ภายในหอ ของเหลวไหลย้อนกลับที่ไหลลงจะช่วยลดอุณหภูมิและทำให้ไอน้ำที่ไหลขึ้นควบแน่นบางส่วน ซึ่งจะเพิ่มประสิทธิภาพของหอกลั่น ยิ่งมีการไหลย้อนกลับมากเท่าใด การแยกส่วนประกอบที่มีจุดเดือดต่ำออกจากส่วนประกอบที่มีจุดเดือดสูงของสารป้อนก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น ความสมดุลของการให้ความร้อนด้วยหม้อต้มที่ด้านล่างของคอลัมน์และการลดอุณหภูมิด้วยการไหลย้อนกลับที่ควบแน่นที่ด้านบนของคอลัมน์จะรักษาระดับอุณหภูมิ (หรือความแตกต่างของอุณหภูมิอย่างค่อยเป็นค่อยไป) ตามความสูงของคอลัมน์เพื่อให้มีสภาวะที่ดีสำหรับการแยกส่วนผสมของสารป้อน การไหลของการไหลย้อนกลับที่ตรงกลางของหอเรียกว่าปั๊มรอบ

การเปลี่ยนอัตราการไหลย้อนกลับ (ควบคู่กับการเปลี่ยนปริมาณสารป้อนเข้าและปริมาณผลิตภัณฑ์ที่ถูกดึงออก) สามารถใช้เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติการแยกของคอลัมน์กลั่นแบบต่อเนื่องในระหว่างการทำงานได้ (ซึ่งแตกต่างจากการเพิ่มแผ่นหรือถาด หรือการเปลี่ยนวัสดุบรรจุ ซึ่งอย่างน้อยที่สุดจะต้องใช้เวลาหยุดทำงานค่อนข้างนาน)

จานหรือถาด

ภาพที่ 5: แผนภาพแสดงภาพตัดขวางของหอแยกส่วนแบบไบนารีที่มีถาดแบบฝาครอบฟองอากาศ(ดู ภาพถาดขยายใน แผ่นทฤษฎี )

หอแยกสาร (เช่นในภาพที่ 3 และ 4) ใช้หลากหลายวิธีการสัมผัสระหว่างไอและของเหลวเพื่อให้ได้จำนวนขั้นสมดุล ที่ต้องการ อุปกรณ์ดังกล่าวโดยทั่วไปเรียกว่า "แผ่น" หรือ "ถาด" [ 8 ] แต่ละแผ่นหรือถาดเหล่านี้มีอุณหภูมิและความดันที่แตกต่างกัน ขั้นที่อยู่ด้านล่างสุดของหอจะมีแรงดันและอุณหภูมิสูงสุด เมื่อขึ้นไปด้านบนของหอ แรงดันและอุณหภูมิจะลดลงในแต่ละขั้นถัดไปสมดุลไอ-ของเหลวสำหรับส่วนประกอบแต่ละชนิดในหอจะทำปฏิกิริยาในลักษณะเฉพาะกับสภาวะแรงดันและอุณหภูมิที่แตกต่างกันในแต่ละขั้น นั่นหมายความว่าส่วนประกอบแต่ละชนิดจะสร้างความเข้มข้นที่แตกต่างกันในเฟสไอและของเหลวในแต่ละขั้น และส่งผลให้เกิดการแยกส่วนประกอบ ตัวอย่างถาดบางส่วนแสดงอยู่ในภาพที่ 5 สามารถดูภาพขยายที่ละเอียดกว่าของถาดสองถาดได้ใน บทความเกี่ยว กับแผ่นทฤษฎีหม้อต้มซ้ำมักทำหน้าที่เป็นขั้นสมดุลเพิ่มเติม

หากถาดหรือแผ่นแต่ละแผ่นมีประสิทธิภาพ 100% จำนวนถาดที่จำเป็นสำหรับการแยกสารในปริมาณที่กำหนดจะเท่ากับจำนวนขั้นสมดุลหรือจำนวนแผ่นตามทฤษฎี อย่างไรก็ตาม กรณีเช่นนั้นเกิดขึ้นได้ยากมาก ดังนั้น หอแยกสารจึงต้องการแผ่นมากกว่าจำนวนขั้นสมดุลไอ-ของเหลวตามทฤษฎีที่ต้องการ

การบรรจุหีบห่อ

อีกวิธีหนึ่งในการปรับปรุงการแยกในหอกลั่นคือการใช้วัสดุบรรจุแทนถาด วัสดุบรรจุมีข้อดีคือความดันตกคร่อมหอต่ำกว่า (เมื่อเทียบกับแผ่นหรือถาด ) ซึ่งเป็นประโยชน์เมื่อใช้งานภายใต้สุญญากาศ หากหอกลั่นใช้วัสดุบรรจุแทนถาด จะต้องกำหนดจำนวนขั้นสมดุลทางทฤษฎีที่จำเป็นก่อน จากนั้นจึงกำหนดความสูงของวัสดุบรรจุที่เทียบเท่ากับขั้นสมดุลทางทฤษฎีซึ่งเรียกว่าความสูงเทียบเท่ากับแผ่นทางทฤษฎี (HETP) ความสูงของวัสดุบรรจุทั้งหมดที่ต้องการคือจำนวนขั้นทางทฤษฎีคูณด้วย HETP

วัสดุบรรจุนี้อาจเป็นวัสดุบรรจุแบบสุ่ม เช่นวงแหวน Raschigหรือแผ่นโลหะที่มีโครงสร้างของเหลวมีแนวโน้มที่จะเปียกพื้นผิวของวัสดุบรรจุ และไอจะไหลผ่านพื้นผิวที่เปียกนี้ ซึ่งเป็น จุดที่เกิด การถ่ายเทมวลแตกต่างจากการกลั่นแบบถาดทั่วไปที่แต่ละถาดแสดงถึงจุดสมดุลไอ-ของเหลวที่แยกจากกัน เส้นโค้งสมดุลไอ-ของเหลวในคอลัมน์บรรจุจะต่อเนื่องกัน อย่างไรก็ตาม ในการจำลองคอลัมน์บรรจุ การคำนวณจำนวนเพลทเชิงทฤษฎีเพื่อแสดงประสิทธิภาพการแยกของคอลัมน์บรรจุเมื่อเทียบกับถาดแบบดั้งเดิมนั้นมีประโยชน์ วัสดุบรรจุที่มีรูปร่างต่างกันจะมีพื้นที่ผิวและช่องว่างระหว่างวัสดุบรรจุแตกต่างกัน ปัจจัยทั้งสองนี้ส่งผลต่อประสิทธิภาพของวัสดุบรรจุ

นอกจากรูปร่างและพื้นที่ผิวของการบรรจุแล้ว อีกปัจจัยหนึ่งที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของการบรรจุแบบสุ่มหรือแบบมีโครงสร้างคือ การกระจายตัวของของเหลวและไอที่เข้าสู่ชั้นบรรจุ จำนวนขั้นตอนทางทฤษฎีที่จำเป็นในการแยกที่กำหนดจะคำนวณโดยใช้อัตราส่วนไอต่อของเหลวที่เฉพาะเจาะจง หากของเหลวและไอไม่กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอทั่วพื้นที่ผิวของหอคอยขณะที่เข้าสู่ชั้นบรรจุ อัตราส่วนของเหลวต่อไอจะไม่ถูกต้องในชั้นบรรจุ และการแยกที่ต้องการจะไม่เกิดขึ้น การบรรจุจะดูเหมือนทำงานไม่ถูกต้องความสูงเทียบเท่ากับแผ่นทางทฤษฎี (HETP) จะมากกว่าที่คาดไว้ ปัญหาไม่ได้อยู่ที่การบรรจุเอง แต่เป็นการกระจายตัวที่ไม่เหมาะสมของของเหลวที่เข้าสู่ชั้นบรรจุ การกระจายตัวที่ไม่เหมาะสมของของเหลวเป็นปัญหาที่เกิดขึ้นบ่อยกว่าไอ การออกแบบตัวกระจายของเหลวที่ใช้ในการป้อนและการไหลย้อนกลับไปยังชั้นบรรจุมีความสำคัญต่อการทำให้การบรรจุทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด วิธีการประเมินประสิทธิภาพของตัวกระจายของเหลวสามารถพบได้ในเอกสารอ้างอิง[ 9 ] [ 10 ]

การจัดวางระบบเหนือศีรษะ

ภาพที่ 4 และ 5 สมมติว่ากระแสไอระเหยที่ไหลขึ้นด้านบนถูกควบแน่นเป็นของเหลวทั้งหมดโดยใช้การระบายความร้อนด้วยน้ำหรืออากาศ อย่างไรก็ตาม ในหลายกรณี ไอระเหยที่ไหลขึ้นด้านบนของหอกลั่นไม่สามารถควบแน่นได้อย่างสมบูรณ์ และ ถัง รีฟลักซ์ จะ ต้องมีกระแสไอระเหยที่ระบายออก ในบางกรณี กระแส ไอระเหยที่ไหลขึ้นด้านบนอาจมีไอน้ำปนอยู่ด้วย เนื่องจากกระแสป้อนมีน้ำอยู่บ้าง หรือมีการฉีดไอน้ำเข้าไปในหอกลั่น (ซึ่งเป็นกรณีในหอกลั่นน้ำมันดิบในโรงกลั่นน้ำมัน ) ในกรณีเหล่านั้น หากผลิตภัณฑ์กลั่นไม่ละลายในน้ำ ถังรีฟลักซ์อาจมีเฟสของเหลวกลั่นที่ควบแน่น เฟสน้ำที่ควบแน่น และเฟสของก๊าซที่ไม่สามารถควบแน่นได้ ซึ่งทำให้จำเป็นต้องมีกระแสไอระเหยน้ำที่ระบายออกในถังรีฟลักซ์ด้วย

การกลั่นแบบหลายองค์ประกอบ

นอกเหนือจากการกลั่นแยกส่วน ซึ่งส่วนใหญ่ใช้สำหรับการกลั่นน้ำมันดิบแล้ว โดยทั่วไปแล้วสารผสมหลายองค์ประกอบจะถูกแปรรูปเพื่อทำให้บริสุทธิ์แต่ละองค์ประกอบโดยใช้ชุดของหอกลั่น หรือที่เรียกว่าชุดกลั่นต่อเนื่อง

ชุดกลั่น

ระบบการกลั่นแบบต่อเนื่อง หมายถึง ลำดับของหอกลั่นที่จัดเรียงแบบอนุกรมหรือแบบขนาน โดยมีจุดประสงค์เพื่อทำให้สารผสมหลายองค์ประกอบบริสุทธิ์

ทางเลือกในการเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการ

หน่วยคอลัมน์กั้นเป็นหน่วยเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการที่พบได้บ่อยที่สุดที่เกี่ยวข้องกับการกลั่น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การจัดเรียงในเปลือกคอลัมน์เดี่ยวของการกำหนดค่า Petlyuk [ 11 ]ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเทียบเท่าทางเทอร์โมไดนามิก[ 12 ]

ตัวอย่าง

การกลั่นน้ำมันดิบอย่างต่อเนื่อง

น้ำมันดิบปิโตรเลียม ประกอบด้วย สารประกอบไฮโดรคาร์บอน หลายร้อยชนิด ได้แก่ พาราฟินแนฟทีนและอะโรมาติกส์ รวมถึงสารประกอบกำมะถันอินทรีย์สารประกอบไนโตรเจนอินทรีย์และ ไฮโดรคาร์บอนที่มี ออกซิเจน บางชนิด เช่นฟีนอลแม้ว่าโดยทั่วไปแล้วน้ำมันดิบจะไม่มีโอเลฟิน แต่โอเลฟินก็เกิดขึ้นในหลายกระบวนการที่ใช้ในโรงกลั่นปิโตรเลียม[ 13 ]

เครื่องแยกส่วนน้ำมันดิบไม่ได้ผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีจุดเดือดเพียงจุดเดียว แต่จะผลิตเศษส่วนที่มีช่วงจุดเดือด[ 13 ] [ 14 ] ตัวอย่างเช่น เครื่องแยกส่วนน้ำมันดิบจะผลิตเศษส่วนส่วนบนที่เรียกว่า " แนฟทา " ซึ่งจะกลายเป็นส่วนประกอบของน้ำมันเบนซินหลังจากผ่านกระบวนการเพิ่มเติมโดยเครื่องไฮโดรดีซัลฟู ไรเซอร์แบบเร่งปฏิกิริยา เพื่อกำจัดกำมะถันและเครื่องรีฟอร์มเมอร์แบบเร่งปฏิกิริยาเพื่อรีฟอร์มโมเลกุลไฮโดรคาร์บอน ให้เป็นโมเลกุลที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่ง มีค่า ออกเทนสูงขึ้น

ส่วนประกอบที่เรียกว่าแนฟทาคัต (naphtha cut) นั้นประกอบด้วยสารประกอบไฮโดรคาร์บอนหลายชนิด ดังนั้นจึงมีจุดเดือดเริ่มต้นประมาณ 35 องศาเซลเซียส และจุดเดือดสุดท้ายประมาณ 200 องศาเซลเซียส แต่ละคัตที่ผลิตในหอแยกส่วนจะมีช่วงจุดเดือดที่แตกต่างกัน ที่ระยะหนึ่งด้านล่างของส่วนบนสุด (overhead) จะมีการดึงคัตถัดไปออกมาจากด้านข้างของหอ ซึ่งโดยปกติจะเป็นคัตน้ำมันเชื้อเพลิงเครื่องบิน หรือที่เรียกว่า คัต น้ำมันก๊าด (kerosene cut) ช่วงจุดเดือดของคัตนี้อยู่ระหว่างจุดเดือดเริ่มต้นประมาณ 150 องศาเซลเซียส ถึงจุดเดือดสุดท้ายประมาณ 270 องศาเซลเซียส และยังประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนหลายชนิดเช่นกัน คัตถัดไปที่อยู่ด้านล่างของหอคือคั ต น้ำมันดีเซลซึ่งมีช่วงจุดเดือดตั้งแต่ประมาณ 180 องศาเซลเซียส ถึงประมาณ 315 องศาเซลเซียส ช่วงจุดเดือดระหว่างคัตแต่ละคัตกับคัตถัดไปจะทับซ้อนกันเนื่องจากการแยกโดยการกลั่นไม่คมชัดอย่างสมบูรณ์ หลังจากนั้นจะเป็นคัตน้ำมันเชื้อเพลิงหนัก และสุดท้ายคือผลิตภัณฑ์ก้นหอ ซึ่งมีช่วงจุดเดือดที่กว้างมาก ชิ้นส่วนทั้งหมดเหล่านี้จะถูกนำไปแปรรูปเพิ่มเติมในกระบวนการกลั่นขั้นต่อไป

การกลั่นอย่างต่อเนื่องของสารสกัดกัญชาเข้มข้น

ตัวอย่างการใช้งานทั่วไปสำหรับการกลั่นสารสกัดกัญชาคือน้ำมันแฮชบิวเทน (BHO) การกลั่นแบบทางสั้นเป็นวิธีที่ได้รับความนิยมเนื่องจากเวลาในการอยู่ในระบบ สั้น ทำให้ สารสกัดได้รับความเสียหายจาก ความร้อน น้อยที่สุด ในวิธี การกลั่นแบบอื่นเช่น การกลั่นแบบหมุนเวียนการกลั่นแบบฟิล์มไหลลงและการกลั่นแบบคอลัมน์ สารสกัดจะเสียหายจากเวลาในการอยู่ในระบบที่ยาวนานและอุณหภูมิสูงที่ต้องใช้

ดูเพิ่มเติม

  • ทฤษฎีการกลั่นโดย Ivar J. Halvorsen และ Sigurd Skogestad มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งนอร์เวย์
  • ข้อมูลการกลั่นถูกเก็บไว้ในWayback Machine เมื่อวันที่ 13 กรกฎาคม 2014 โดย Distillation Group ประเทศสหรัฐอเมริกา
  • เอกสารประกอบการบรรยายเรื่องการกลั่นถูกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 12 สิงหาคม 2022 ที่Wayback Machineโดยศาสตราจารย์ Randall M. Price จากมหาวิทยาลัย Christian Brothers
  • การกลั่นปิโตรเลียมโดย เวย์น พาฟโค
  • ซอฟต์แวร์จำลองการกลั่น
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Continuous_distillation&oldid=1324614327 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ การกลั่นแบบต่อเนื่อง

การกลั่นแบบต่อเนื่องซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของการกลั่นคือกระบวนการแยกสารอย่างต่อเนื่อง โดยป้อนสารผสมเข้าสู่กระบวนการอย่างต่อเนื่อง (โดยไม่หยุดชะงัก) และแยกส่วนประกอบต่างๆ...

การใช้งานในอุตสาหกรรม

การกลั่นเป็นหนึ่งใน กระบวนการ ทาง วิศวกรรมเคมีและวิศวกรรมอาหาร [ 1 ] [ 2 ] การ กลั่นแบบต่อเนื่องถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมกระบวนการทางเคมีที่ต้องกลั่นของเหลวปริมาณมาก [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] อุตสาหกรรมดังกล่าว ได้แก่ การแปรรูปก๊าซธรรมชาติ การผลิต...

หลักการ

หลักการของการกลั่นแบบต่อเนื่องนั้นเหมือนกับการกลั่นแบบปกติ กล่าวคือ เมื่อของเหลวผสมถูกให้ความร้อนจนเดือด องค์ประกอบของไอน้ำที่อยู่เหนือของเหลวจะแตกต่างจากองค์ประกอบของของเหลว หากไอน้ำนี้ถูกแยกออกและ ควบแน่น เป็นของเหลว...

การออกแบบและการดำเนินงาน

การออกแบบและการทำงานของคอลัมน์กลั่นขึ้นอยู่กับวัตถุดิบและผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ หากวัตถุดิบประกอบด้วยส่วนประกอบแบบไบนารีอย่างง่าย สามารถใช้วิธีการวิเคราะห์ เช่น วิธี McCabe–Thiele [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] หรือ สมการ Fenske [ 5 ] เพื่อช่วยในการออกแบบ...