บทความน ย งต องการเพ มแหล งอ างอ งเพ อพ ส จน ความถ กต องค ณสามารถพ ฒนาบทความน ได โดยเพ มแหล งอ างอ งตามสมควร เน อหาท ขาด

การกลั่นแบบเศษส่วน คือกระบวนการแยกสารผสมออกเป็นส่วนประกอบหรือ ที่แตกต่างกัน สารเคมีจะถูกแยกออกโดยการทำให้ร้อนจนกระทั่งบางส่วนของสารผสมจะ ระเหย ใช้การ เพื่อทำการแยกส่วน โดยปกติแล้วส่วนประกอบจะมี จุดเดือด ที่แตกต่างกันไม่น้อยกว่า 25 °C (45 °F) จากกันภายใต้ความดันหนึ่ง หากความแตกต่างของจุดเดือดมากกว่า 25 °C จะใช้การ แทน

หน่วย ใช้การกลั่นแบบแยกส่วนในกระบวนการกลั่นน้ำมันดิบ

ประวัติ

การกลั่นเชิงพาณิชย์ของสารอินทรีย์มีบทบาทสำคัญในงานของศาสตราจารย์อิสลามจากศตวรรษที่ 9 ญาบิร ตัวอย่างเช่นใน ('ตำราเจ็ดสิบเล่ม') ซึ่งแปลเป็นภาษาละตินโดย (ค.ศ. 1114–1187) ในชื่อ Liber de septuaginta การทดลองของ ญาบิร ด้วยการกลั่นเชิงพาณิชย์ของสารจากสัตว์และพืช และในระดับที่น้อยกว่าสำหรับสารแร่ธาตุ กลายเป็นหัวข้อหลักของ De anima in arte alkimiae ซึ่งเป็นงานที่เขียนเป็นภาษาภาษาอาหรับที่ไม่ได้เขียนโดย อิบน์ ซีนา และถูกแปลเป็นภาษาละติน โดยจะกลายเป็นแหล่งข้อมูลทางเคมีที่สำคัญที่สุดของ (ป. 1220–1292)

การตั้งค่าห้องปฏิบัติการ

การกลั่นเชิงพาณิชย์ในห้องปฏิบัติการใช้เครื่องมือและอุปกรณ์แก้วที่พบได้ทั่วไป ซึ่งรวมถึง บุนเซนเบอร์เนอร์, , , และ คอลัมน์กลั่นเชิงพาณิชย์ ที่ใช้เฉพาะทาง

ยกตัวอย่างเช่น การกลั่นของสารละลายที่ประกอบด้วยน้ำและ เอทานอล เอทานอลเดือดที่ 78.4 องศาเซลเซียส (173.1 องศาฟาเรนไฮต์) ขณะที่น้ำเดือดที่ 100 องศาเซลเซียส (212 องศาฟาเรนไฮต์) ดังนั้นการให้ความร้อนแก่สารละลายจะทำให้สารที่มีความระเหยสูง (เอทานอล) รวมตัวในไอที่ออกมาจากของเหลวมากขึ้น บางส่วนผสมจะสร้าง ตัวอย่างเช่น การผสมเอทานอล 96% และน้ำ 4% เดือดที่ 78.2 องศาเซลเซียส (172.8 องศาฟาเรนไฮต์) สารผสมนี้มีความระเหยมากกว่าเอทานอลบริสุทธิ์ ดังนั้นเอทานอลไม่สามารถทำให้บริสุทธิ์ได้โดยการกลั่นเชิงพาณิชย์โดยตรงของสารละลายเอทานอล-น้ำ

การตั้งค่าอุปกรณ์จะเป็นดังในแผนภาพ (แผนภาพแสดงถึงอุปกรณ์ในกระบวนการเป็นชุดเปรียบเทียบกับอุปกรณ์ต่อเนื่อง) สารละลายจะถูกใส่ในฟลาสก์ก้นกลมพร้อมกับกรวดป้องกันการเดือด (หรือบาร์เหล็กเคลือบ เทฟลอน หากใช้ ) และคอลัมน์กลั่นเชิงพาณิชย์จะติดตั้งที่ด้านบน ฟลาสก์ก้นกลมจะได้รับความร้อนจากด้านล่างของหม้อกลั่น ขณะที่ระยะห่างจากหม้อกลั่นจะสร้างความแตกต่างของอุณหภูมิในคอลัมน์; เย็นที่สุดที่ด้านบนและร้อนที่สุดที่ด้านล่าง ขณะที่ไอผสมขึ้นไปตามความแตกต่างของอุณหภูมิ บางส่วนของไอจะควบแน่นและระเหยตามความแตกต่างของอุณหภูมิ โดยแต่ละครั้งที่ไอควบแน่นและระเหย จะทำให้ปริมาณของส่วนประกอบที่มีความระเหยสูงในไอเพิ่มขึ้น กระบวนการนี้จะทำให้ไอที่ปล่อยออกมาเป็นส่วนประกอบที่มีความระเหยสูง (หรือสารผสมเชิงพาณิชย์) และไอจะควบแน่นในแพลตฟอร์มแก้วที่รู้จักกันในชื่อ ภายในคอลัมน์ และไหลกลับลงไปในของเหลวด้านล่าง การไหลกลับ ของเหลวที่ควบแน่น การทำงานของการกลั่นเชิงพาณิชย์จะมีประสิทธิภาพมากขึ้นด้วยการเพิ่มจำนวนของแพลตฟอร์ม (ถึงข้อจำกัดทางปฏิบัติของความร้อน การไหล ฯลฯ) โดยปกติจะตั้งค่าระบบการไหลกลับที่อัตราส่วนประมาณ 4:1 (4 ส่วนของของเหลวที่ไหลกลับต่อ 1 ส่วนที่นำออก)

ในห้องปฏิบัติการกลั่น จะพบคอนเดนเซอร์หลายประเภททั่วไป เป็นท่อตรงภายใน และเป็นรูปแบบที่ง่ายที่สุด (และราคาไม่แพง) เป็นท่อเกลียวภายในแจ็คเก็ตน้ำ และ มีการกีดขวางขนาดใหญ่และเล็กหลายชั้นภายในท่อ เพิ่มพื้นที่ผิวที่ไอสามารถควบแน่นได้

การตั้งค่าอื่นอาจใช้ฟลาสก์รับสารที่มีหลายทางออก (เรียกว่า "วัว" หรือ "หมู") เพื่อเชื่อมต่อฟลาสก์รับสารสามหรือสี่ใบเข้ากับคอนเดนเซอร์ โดยการหมุน วัว หรือ หมู การกลั่นจะถูกส่งไปยังตัวรับที่เลือก เนื่องจากไม่ต้องถอดและเปลี่ยนตัวรับสารในระหว่างกระบวนการกลั่น การตั้งค่านี้จึงมีประโยชน์เมื่อกลั่นภายใต้บรรยากาศที่ไม่ใช่แก๊สสำหรับสารเคมีที่ไวต่ออากาศหรือที่ความดันลดลง เป็นเครื่องมือทางเลือกที่มักใช้ในสถานการณ์เหล่านี้เพราะมันช่วยให้แยกตัวรับออกจากระบบที่เหลือ แต่ต้องถอดและติดตั้งตัวรับหนึ่งอันสำหรับแต่ละส่วน

ใช้ความดันต่ำ ซึ่งลดจุดเดือดของวัสดุ อย่างไรก็ตาม (กรวดป้องกันการเดือด) จะไม่สามารถใช้งานได้ดีที่ความดันต่ำ

การกลั่นในอุตสาหกรรม

การกลั่นเชิงพาณิชย์เป็นรูปแบบของเทคโนโลยีการแยกที่ใช้กันอย่างแพร่หลายใน โรงกลั่นน้ำมัน, และ , และ ในกรณีส่วนใหญ่ การกลั่นจะดำเนินการที่ โดยมีการเพิ่มสารใหม่ตลอดเวลาและการถอดผลิตภัณฑ์ออกตลอดเวลา เว้นแต่จะมีการรบกวนกระบวนการเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของสารที่ป้อน ความร้อน อุณหภูมิแวดล้อม หรือการควบแน่น ปริมาณของสารที่ป้อนและปริมาณของผลิตภัณฑ์ที่ถอดออกจะปกติเท่ากัน ซึ่งเรียกว่าการกลั่นเชิงพาณิชย์ในสถานะคงที่ต่อเนื่อง

การกลั่นเชิงพาณิชย์มักดำเนินการในคอลัมน์ทรงกระบอกแนวตั้งขนาดใหญ่ที่เรียกว่า "หอการกลั่น" หรือ "คอลัมน์การกลั่น" โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ประมาณ 0.65 ถึง 6 เมตร (2 ถึง 20 ฟุต)^(*) และความสูงตั้งแต่ประมาณ 6 ถึง 60 เมตร (20 ถึง 197 ฟุต)^(*) หรือมากกว่า หอการกลั่นมีทางออกของของเหลวที่ระยะทางต่าง ๆ ขึ้นไปตามคอลัมน์ ซึ่งช่วยให้สามารถดึงสารต่าง ๆ หรือผลิตภัณฑ์ที่มีจุดเดือดหรือช่วงจุดเดือดต่างกันออกไป โดยการเพิ่มอุณหภูมิของผลิตภัณฑ์ภายในคอลัมน์ ผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ จะถูกแยกออก "ผลิตภัณฑ์ที่เบาที่สุด" (ที่มีจุดเดือดต่ำสุด) จะออกจากด้านบนของคอลัมน์ และ "ผลิตภัณฑ์ที่หนักที่สุด" (ที่มีจุดเดือดสูงสุด) จะออกจากด้านล่างของคอลัมน์

ตัวอย่างเช่น การกลั่นเชิงพาณิชย์ใช้ใน โรงกลั่นน้ำมัน เพื่อแยก เป็นสารที่มีประโยชน์ (หรือสารผสม) ที่มี ต่าง ๆ ที่มีจุดเดือดต่างกัน สารผสมของน้ำมันดิบที่มีจุดเดือดสูงกว่า:

มีจำนวน มากกว่า
มี น้ำหนักโมเลกุล สูงกว่า
เป็น แอลเคน ที่มีการแตกแขนงน้อยกว่า
มีสีเข้มกว่า
มี มากกว่า
จุดติดไฟและการ เผาไหม้ ยากกว่า

หอการกลั่นขนาดใหญ่ใช้ การไหลกลับ เพื่อให้การแยกผลิตภัณฑ์มีความสมบูรณ์มากขึ้น การไหลกลับหมายถึงส่วนของผลิตภัณฑ์ของเหลวที่ควบแน่นจากหอการกลั่นหรือคอลัมน์ที่ถูกส่งกลับไปยังส่วนบนของหอการกลั่น ตามที่แสดงในแผนภาพทางสถิตของหอการกลั่นขนาดใหญ่ภายในหอการกลั่น การไหลกลับของของเหลวที่ไหลลงมาจะให้การทำความเย็นที่จำเป็นในการควบแน่นไอที่ไหลขึ้นไป ซึ่งจะเพิ่มประสิทธิภาพของหอการกลั่น การไหลกลับมากขึ้นสำหรับจำนวน ที่กำหนด จะทำให้การแยกของหอการกลั่นดีขึ้นในการแยกวัสดุที่มีจุดเดือดต่ำจากวัสดุที่มีจุดเดือดสูง หรือในทางกลับกัน การไหลกลับมากขึ้นสำหรับการแยกที่ต้องการจะทำให้จำนวนน้อยลงของแผ่นทฤษฎีที่ต้องการ

ถูกแยกออกเป็นสารผสมโดยการกลั่นเชิงพาณิชย์ สารผสมที่ด้านบนของ คอลัมน์กลั่นเชิงพาณิชย์ มีจุดเดือดต่ำกว่าสารผสมที่ด้านล่าง ทั้งหมดของสารผสมจะได้รับการประมวลผลเพิ่มเติมในหน่วยการกลั่นอื่น ๆ

การกลั่นเชิงพาณิชย์ยังใช้ในการแยกอากาศ ผลิต , , และ อาร์กอน ที่มีความเข้มข้นสูง การกลั่น ยังช่วยในการผลิต ซิลิคอน ที่มีความบริสุทธิ์สูงสำหรับการใช้เป็น เซมิคอนดักเตอร์

ในการใช้ในอุตสาหกรรม บางครั้งใช้วัสดุบรรจุภัณฑ์ในคอลัมน์แทนแผ่น, โดยเฉพาะเมื่อการลดแรงดันในคอลัมน์มีความสำคัญ เช่นเมื่อทำงานภายใต้สูญญากาศ วัสดุบรรจุภัณฑ์นี้อาจเป็นบรรจุภัณฑ์ที่ทิ้งแบบสุ่ม (1–3 in (25–76 mm) กว้าง) เช่น หรือ ผู้ผลิตทั่วไปได้แก่ Koch, Sulzer และบริษัทอื่น ๆ ของเหลวมักจะเปียกพื้นผิวของบรรจุภัณฑ์และไอจะไหลผ่านพื้นผิวที่เปียกนี้ ซึ่งเป็นที่ที่ เกิดขึ้น แตกต่างจากการกลั่นแบบแผ่นทั่วไป ซึ่งทุกแผ่นแทนจุดของ แต่ละแผ่นในคอลัมน์บรรจุภัณฑ์เป็นแบบต่อเนื่อง อย่างไรก็ตาม เมื่อต้องการการออกแบบคอลัมน์บรรจุภัณฑ์ สามารถคำนวณจำนวน เพื่อระบุประสิทธิภาพของคอลัมน์บรรจุภัณฑ์เมื่อเปรียบเทียบกับแผ่นแบบดั้งเดิม บรรจุภัณฑ์ที่มีรูปทรงต่าง ๆ มีพื้นที่ผิวและ ที่แตกต่างกัน ซึ่งทั้งสองปัจจัยนี้มีผลต่อประสิทธิภาพของบรรจุภัณฑ์

การออกแบบคอลัมน์การกลั่นในอุตสาหกรรม

แผนภาพวิศวกรรมเคมีของแผ่นฝาปะปาในหอการกลั่น

การออกแบบและการทำงานของคอลัมน์การกลั่นขึ้นอยู่กับสารที่ป้อนและผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ เมื่อต้องการป้อนที่เป็นส่วนประกอบง่าย ๆ และไบนารี วิธีการวิเคราะห์เช่น หรือ สามารถใช้ได้ สำหรับสารผสมหลายส่วนประกอบ, แบบจำลองการจำลอง จะถูกใช้ทั้งในการออกแบบและการทำงาน

นอกจากนี้ ประสิทธิภาพของอุปกรณ์การติดต่อระหว่างไอและของเหลว (ที่เรียกว่า แผ่น หรือ ถาด) ที่ใช้ในคอลัมน์การกลั่นมักจะต่ำกว่าประสิทธิภาพของ ที่ 100% ดังนั้น คอลัมน์การกลั่นจึงต้องการแผ่นมากกว่าจำนวนขั้นตอนสมดุลไอ-ของเหลวทฤษฎี

การไหลกลับหมายถึงส่วนของผลิตภัณฑ์ของเหลวที่ควบแน่นจากหอการกลั่นที่ถูกส่งกลับไปยังหอการกลั่น การไหลกลับที่ไหลลงมาจะให้การทำความเย็นที่จำเป็นในการควบแน่นไอที่ไหลขึ้นไป อัตราการไหลกลับ ซึ่งคืออัตราส่วนของการไหลกลับ (ภายใน) ต่อผลิตภัณฑ์ที่อยู่ด้านบน จะมีความสัมพันธ์กับจำนวนของขั้นตอนทฤษฎีที่ต้องการสำหรับการแยกผลิตภัณฑ์การกลั่นอย่างมีประสิทธิภาพ

หอการกลั่นเชิงพาณิชย์หรือคอลัมน์การกลั่นถูกออกแบบมาเพื่อให้การแยกที่ต้องการได้อย่างมีประสิทธิภาพ การออกแบบคอลัมน์การกลั่นมักทำในสองขั้นตอน: การออกแบบกระบวนการ และการออกแบบเชิงกล จุดประสงค์ของการออกแบบกระบวนการคือการคำนวณจำนวนขั้นตอนทฤษฎีที่ต้องการและการไหลของกระแส รวมถึงอัตราการไหลกลับ, การไหลกลับความร้อน, และภาระความร้อนอื่น ๆ ในขณะที่การออกแบบเชิงกลมีจุดประสงค์ในการเลือกชิ้นส่วนภายในของหอการกลั่น, เส้นผ่านศูนย์กลางของคอลัมน์, และความสูง ในหลายกรณี การออกแบบเชิงกลของหอการกลั่นไม่ใช่เรื่องง่าย สำหรับการเลือกชิ้นส่วนภายในของหอการกลั่นอย่างมีประสิทธิภาพและการคำนวณความสูงและเส้นผ่านศูนย์กลางของคอลัมน์อย่างแม่นยำ ต้องพิจารณาหลายปัจจัย บางปัจจัยที่เกี่ยวข้องในการคำนวณการออกแบบรวมถึงขนาดและคุณสมบัติของการป้อนและประเภทของคอลัมน์การกลั่นที่ใช้

ประเภทหลักของคอลัมน์การกลั่นที่ใช้คือคอลัมน์แผ่นและคอลัมน์บรรจุภัณฑ์ คอลัมน์บรรจุภัณฑ์มักใช้สำหรับหอการกลั่นขนาดเล็กและการโหลดที่กัดกร่อนหรือไวต่ออุณหภูมิ หรือสำหรับการบริการสูญญากาศที่ความดันลดลงมีความสำคัญ ขณะที่คอลัมน์แผ่นใช้สำหรับคอลัมน์ขนาดใหญ่ที่มีการโหลดของเหลวสูง พวกเขาปรากฏตัวครั้งแรกในช่วงทศวรรษ 1820 ในการดำเนินการกลั่นน้ำมันส่วนใหญ่ คอลัมน์แผ่นมักใช้สำหรับการแยกสารผสมจากน้ำมันในระยะต่าง ๆ ของการกลั่นน้ำมัน

ในอุตสาหกรรมการกลั่นน้ำมัน การออกแบบและการทำงานของหอการกลั่นยังคงทำได้ในทางปฏิบัติ ส่วนใหญ่ การคำนวณที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบคอลัมน์การกลั่นน้ำมันต้องใช้แผนภูมิ, ตาราง, และสมการเชิงประจักษ์ที่ซับซ้อน อย่างไรก็ตาม ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา มีการพัฒนาเทคนิคการออกแบบที่ช่วยให้การออกแบบคอลัมน์การกลั่นเชิงพาณิชย์มีความแม่นยำและเชื่อถือได้มากขึ้นด้วยการใช้คอมพิวเตอร์

อ้างอิง

(1942–1943). Jâbir ibn Hayyân: Contribution à l'histoire des idées scientifiques dans l'Islam. I. Le corpus des écrits jâbiriens. II. Jâbir et la science grecque. Cairo: Institut Français d'Archéologie Orientale. ISBN . OCLC 468740510. Vol. II, p. 5. For the identification of the Latin translation as the work of Gerard of Cremona watch Burnett, Charles (2001). "The Coherence of the Arabic-Latin Translation Program in Toledo in the Twelfth Century". Science in Context. 14 (1–2): 249–288. doi:10.1017/S0269889701000096. S2CID 143006568. p. 280; Moureau, Sébastien (2020). "Min al-kīmiyāʾ ad alchimiam. The Transmission of Alchemy from the Arab-Muslim World to the Latin West in the Middle Ages". Micrologus. 28: 87–141. :2078.1/211340. pp. 106, 111.
(2000). "Alchemy, Assaying, and Experiment". ใน ; (บ.ก.). Instruments and Experimentation in the History of Chemistry. Cambridge: MIT Press. pp. 35–54. ISBN . p. 44.
Kister, Henry Z. (1992). (1st ed.). McGraw-Hill. ISBN .
Perry, Robert H.; Green, Don W. (1984). (6th ed.). McGraw-Hill. ISBN .
"Reflux drum". Alutal (ภาษาอังกฤษ). สืบค้นเมื่อ 2020-09-18.
Beychok, Milton (May 1951). "Algebraic Solution of McCabe-Thiele Diagram". Chemical Engineering Progress.
Seader, J. D.; Henley, Ernest J. (1998). Separation Process Principles. New York: Wiley. ISBN .
Ibrahim, Hassan Al-Haj (2014). "Chapter 5". ใน Bennett, Kelly (บ.ก.). Matlab: Applications for the Practical Engineer. Sciyo. pp. 139–171. ISBN .

[1] (1942–1943). Jâbir ibn Hayyân: Contribution à l'histoire des idées scientifiques dans l'Islam. I. Le corpus des écrits jâbiriens. II. Jâbir et la science grecque. Cairo: Institut Français d'Archéologie Orientale. ISBN . OCLC 468740510. Vol. II, p. 5. For the identification of the Latin translation as the work of Gerard of Cremona watch Burnett, Charles (2001). "The Coherence of the Arabic-Latin Translation Program in Toledo in the Twelfth Century". Science in Context. 14 (1–2): 249–288. doi:10.1017/S0269889701000096. S2CID 143006568. p. 280; Moureau, Sébastien (2020). "Min al-kīmiyāʾ ad alchimiam. The Transmission of Alchemy from the Arab-Muslim World to the Latin West in the Middle Ages". Micrologus. 28: 87–141. :2078.1/211340. pp. 106, 111.

[2] (2000). "Alchemy, Assaying, and Experiment". ใน ; (บ.ก.). Instruments and Experimentation in the History of Chemistry. Cambridge: MIT Press. pp. 35–54. ISBN . p. 44.

[Kister-3] Kister, Henry Z. (1992). (1st ed.). McGraw-Hill. ISBN .

[Perry-4] Perry, Robert H.; Green, Don W. (1984). (6th ed.). McGraw-Hill. ISBN .

[5] "Reflux drum". Alutal (ภาษาอังกฤษ). สืบค้นเมื่อ 2020-09-18.

[Beychok-6] Beychok, Milton (May 1951). "Algebraic Solution of McCabe-Thiele Diagram". Chemical Engineering Progress.

[SeaderHenley-7] Seader, J. D.; Henley, Ernest J. (1998). Separation Process Principles. New York: Wiley. ISBN .

[8] Ibrahim, Hassan Al-Haj (2014). "Chapter 5". ใน Bennett, Kelly (บ.ก.). Matlab: Applications for the Practical Engineer. Sciyo. pp. 139–171. ISBN .