Απόσταξη είναι η διαδικασία εκείνη κατά την οποία με την πρόσδοση συγκεκριμένου ποσού θερμότητας σε ένα προϊόν αυτό αποκτά διφασική μορφή και η μάζα του προϊόντος διαχωρίζεται σε δύο μέρη. Το μέρος του προϊόντος που έχει μεγαλύτερο ειδικό βάρος συλλέγεται στο πυθμένα του δοχείου απόσταξης ως βαρύτερο.
Η απόσταξη είναι μια διαδικασία που έχει διάφορες εφαρμογές. Οι πιο γνωστές είναι η παρασκευή οινοπνευματωδών ποτών και η διύλιση του πετρελαίου. Στην πρώτη περίπτωση χρησιμοποιούνται μικρής και μεσαίας έκτασης αποστακτήρια. Στην δεύτερη περίπτωση χρησιμοποιούνται τεράστιοι πύργοι κλασματικής απόσταξης.
Απόσταξη επιτυγχάνουμε χρησιμοποιώντας τα παρακάτω κομμάτια εξοπλισμού που μας επιτρέπουν συνεχή κύκλο λειτουργίας:
– πύργος απόσταξης
– συμπυκνωτής αποστάγματος
– αναβραστήρας (ή άλλη πηγή θερμότητας)
– δοχείο διαχωρισμού αποστάγματος
– αντλίες επαναρροής (REFLUX)
Εκτός από αυτόν το βασικό εξοπλισμό το εργοστάσιο είναι επίσης εξοπλισμένο με πολλά όργανα ελέγχου και τεμάχια εξοπλισμού για καταμέτρηση και ρύθμιση.
Ο σκοπός ύπαρξης του πύργου είναι να ξεχωρίσει ένα ή περισσότερα ελαφρά συστατικά μέσα από ένα υγρό μείγμα.
Το ελαφρό συστατικό (απόσταγμα) που βγαίνει από την κορυφή υγροποιείται συμπυκνούμενο. Μέρος από αυτό το υγρό αποστέλλεται πίσω στην κορυφή της κολώνας.
Το υγρό που επιστρέφει στην κολώνα αποτελεί την αναρροή (REFLUX). Το υγρό που ρέει προς τα κάτω μέσα στην κολώνα εμπλουτίζεται συνεχώς με βαρεία συστατικά μέχρις ότου φτάσει στον πάτο. Ο σκοπός της ύπαρξης του ρεύματος αναρροής είναι να αφαιρέσει θερμότητα από τον πύργο.
Η ροή του υγρού αναρροής είναι βασικής σημασίας για τον καλό διαχωρισμό διότι πάνω σ’ αυτή βασίζεται η καθαρότητα του αποστάγματος. Στην πράξη όσο μεγαλύτερη είναι η ροή τόσο λιγότερα βαριά συστατικά βρίσκονται μέσα στο απόσταγμα.
Πύργοι απόσταξης
Οι πύργοι απόσταξης είναι κατακόρυφα κυλινδρικά δοχεία με ορισμένα εσωτερικά τμήματα έτσι ώστε να επιτυγχάνουμε τον πλέον αποδοτικό διαχωρισμό υγρής και αερίου φάσεως.
Υπάρχουν δυο τύποι κύριοι πύργων απόσταξης:
– με δίσκους
– με πληρωτικό υλικό
Πριν εξετάσουμε τα διάφορα συστατικά των θα μελετήσουμε τα χαρακτηριστικά των και τις αρχές λειτουργίας τους.
Οι πύργοι απόσταξης είναι συνήθως πολύ λεπτοί. Το ύψος των εξαρτάται από τον αριθμό των δίσκων που περιέχουν ή από το ύψος της γέμισης.
Τα εξαρτήματά τους μπορεί να κατασκευαστούν από ηλεκτροσυγκολλημένες λαμαρίνες ή με άλλους τρόπους. Όταν χρησιμοποιούμε ειδικά υλικά όπως είναι τα κεραμικά, το γυαλί ή τον γραφίτη πρέπει να έχουμε υπόψη μας ότι κάθε στοιχείο πρέπει να αντέχει μηχανικά όχι μόνο στην εσωτερική και εξωτερική πίεση (όπως συμβαίνει στην απόσταξη υπό κενό) αλλά επίσης και στο βάρος της στήλης πάνω από το εξεταζόμενο στοιχείο.
Ο αριθμός των δίσκων και το ύψος του γεμίσματος καθορίζονται με βάση τον βαθμό της καθαρότητας που πρέπει να έχει το απόσταγμα που βγαίνει από την κορυφή της κολώνας.
Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των δίσκων ή υψηλότερη στάθμη του πληρωτικού υλικού τόσο πιο καθαρό είναι το ελαφρό συστατικό διότι τα βασικά κλάσματα συμπυκνώνονται σε κάθε βαθμίδα της κολώνας ενώ τα ελαφρά διέρχονται αμετάβλητα.
Δίσκοι
Το χαρακτηριστικό κομμάτι του πύργου με δίσκους είναι φυσικά ο δίσκος. Η ποιότητα των αποτελεσμάτων που επιτυγχάνουμε στη λειτουργία εξαρτάται από τη σωστή λειτουργία των δίσκων της κολώνας απόσταξης.
Υπάρχουν διάφοροι τύποι δίσκων στην αγορά και όλοι έχουν το ίδιο στόχο, δηλαδή, την καλύτερη δυνατή επαφή υγρής και αερίου φάσεως.
Οι δίσκοι που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία μπορεί να χωριστούν σε δυο βασικές ομάδες:
– Δίσκοι με φράγμα υπερχείλισης του υγρού
– Δίσκοι χωρίς φάσμα υπερχείλισης
Δίσκοι με καμπάνες
Αυτός είναι ο γνωστός τύπος δίσκου και παρόλο που έχει ξεπεραστεί σε ορισμένα σημεία χαίρει ακόμη εκτιμήσεως διότι λειτουργεί με σταθερή απόδοση σε ευρεία περιοχή μεταβαλλόμενων συνθηκών, και διότι επειδή έχει μελετηθεί για πολλά χρόνια μπορούμε να προβλέψουμε με ακρίβεια τα αποτελέσματα από τη χρήση του. Το γεγονός αυτό πρέπει να λαμβάνεται σοβαρά υπ’ όψη όταν θεμελιώνονται καινούργιες βιομηχανικές μονάδες.
Δίσκοι τύπου σίτας
Στους δίσκους τύπου σίτας μπορούμε είτε να έχουμε υπερχείλιση είτε όχι. Στους δίσκους αυτούς δεν υπάρχει ιδιαίτερο εξάρτημα για να διασπείρει το αέριο μέσα στο υγρό. Το αέριο περνάει μέσα από το υγρό υπό μορφή φυσσαλίδων που δημιουργούνται από τις μικρές (διάμετρος = 1,2-3 χιλιοστά) τρύπες που βρίσκονται στο κεντρικό μέρος του δίσκου. Η λαμαρίνα του δίσκου έχει συνήθως 2-3 χιλιοστά.
Δίσκοι με βαλβίδες
Ο τύπος αυτού του δίσκου διαφέρει από το «δίσκο-σήτα» στο γεγονός ότι οι τρύπες εισόδου του αερίου σκεπάζονται από ειδικά καπάκια που τα ονομάζουμε βαλβίδες και τα οποία ανεβαίνουν και κατεβαίνουν ανάλογα με την ταχύτητα της ροής των αερίων.
Οι βαλβίδες αυτές κατασκευάζονται συνήθως από ανοξείδοτο χάλυβα για να αποφύγουμε το σκούριασμα και διότι, επειδή βρίσκονται σε συνεχή κίνηση, υπόκεινται σε έντονη φθορά.
Πύργοι με πληρωτικό υλικό
Πύργους με πληρωτικό υλικό χρησιμοποιούμε στην κλασική απόσταξη και στην απορρόφηση των αερίων.
Ο σκοπός της απόσταξης είναι να διαχωρίσουμε ένα ή περισσότερα ελαφρά συστατικά από ένα μείγμα υγρών.
Η απορρόφηση των αερίων λαμβάνει χώρα μέσα σε εξοπλισμό μεταξύ δυο ροών: μια ροή υγρού και μια ροή αερίου.
Το ρεύμα του υγρού χρησιμεύει για να διαλύσει χάρις στην απορρόφηση μερικά από τα συστατικά του αερίου ρεύματος.
Οι δυο αυτές ροές κινούνται κατ’ αντιρροήν. Το υγρό μπαίνει από την κορυφή του πύργου και ψεκάζεται ομοιόμορφα στο πληρωτικό υλικό μέσα από ειδικό διανομέα. Ενώ το αέριο μπαίνει από τον πυθμένα και ανεβαίνει στην κορυφή μέσα από το ποτισμένο από το υγρό υλικό.
Το πληρωτικό υλικό αποτελείται από υλικά διαφόρων τύπων και σχημάτων.
Ο σκοπός του υλικού είναι να δημιουργεί μεγάλη επιφάνεια επαφής μεταξύ των δυο φάσεων (υγρής και αερίου) για να διευκολύνει την εναλλαγή της ύλης.
ʼλλοι τύποι πύργων
Εκτός από τους πύργους με δίσκους και τους πύργους με γέμιση, που είναι οι πιο συνηθισμένοι υπάρχουν και άλλοι τύποι πύργων που χρησιμοποιούμε σε εφαρμογές όπως:
– απορρόφηση αερίων
– απογύμνωση (STRIPPING)
– εκχύλιση υγρού με υγρό
– εξάτμιση
– στέγνωμα δια ψεκασμού
– λεπτό ψεκασμό
Οι πύργοι ψεκασμού είναι ο απλούστερος εξοπλισμός συνεχούς επαφής. Αποτελούνται από ένα άδειο κατακόρυφο δοχείο εξοπλισμένο με σωληνώσεις για την εισαγωγή και αφαίρεση υγρών και αερίων.
Οι πύργοι ψεκασμού μπορεί να καλύψουν όλες τις παραπάνω επιπτώσεις. Είναι φτηνοί, εύκολοι στο καθάρισμα και έχουν υψηλή δυναμικότητα. Η απόδοσή τους εντούτοις είναι χαμηλή.
