Вакуумная дистилляция: вакуумная технология в химической промышленности
Химическая промышленность является незаменимым поставщиком сырья для многих отраслей экономики. Например, автомобильная промышленность, машиностроение, производство пластмасс, пищевая, стекольная промышленность или производство строительных материалов полагаются на вещества, производимые химической промышленностью. Эти вещества используются в бесчисленных готовых продуктах, которые мы используем ежедневно. Большая часть этих приложений опирается на вакуумную технологию. Одним из наиболее важных применений является вакуумная дистилляция.
Преимущества и применение вакуумной дистилляции
Температура кипения многих органических веществ при атмосферном давлении лежит в интервале температур от 200 до 400° С. Таким образом, для разделения подобных смесей требуется большой расход энергии при атмосферном давлении. Термическое разложение смесей также может происходить во многих случаях при этих температурах.
Снижение давления в диапазоне низкого и среднего вакуума значительно снижает температуру кипения. Например, в случае моноглицерида, который используется в качестве эмульгатора, температура кипения снижается с 300° С при атмосферном давлении до примерно 220° С при давлении < 0,1 мбар. Поэтому вакуумная дистилляция широко используется для обработки чувствительных к температуре веществ, таких как вещества, используемые в пищевой, фармацевтической и нефтехимической промышленности.
Другим важным фактором, влияющим на приготовление чувствительных к температуре веществ, является время их пребывания в испарителе. Во многих случаях циклическая дистилляция в реакторе не подходит из-за большого времени выдержки, которое может продолжаться до нескольких часов, а также из-за недостаточного вакуума, возникающего из-за столба жидкости в сосуде. Например, уровень заполнения сосуда в 10 см означает, что давление в сосуде, зависящее от плотности, около 10 мбар. По этой причине в основном в промышленности используются тонкопленочные испарители с узким проходом. В таких цилиндрических системах очень тонкая пленка (толщина пленки от 1 до 3 мм) испаряемой жидкости наносится на внутреннюю поверхность нагретого цилиндра с помощью роликов или щеток.
В зависимости от размера системы время выдержки может составлять всего несколько секунд. Испарение тонкой пленки лучше всего работает в диапазоне давлений от 1 до 100 мбар. Более низкие давления трудно достичь из-за потерь давления в парообразных веществах, перетекающих из устройства в конденсатор.
Однако для разделения моно-, ди- и триглицеридов требуются давления порядка 0,01 мбар. В этом случае используется так называемый метод перегонки по короткому пути. Конденсатор расположен в центре цилиндрического испарителя, а расстояния между горячей стенкой и змеевиком с водяным охлаждением находятся в диапазоне нескольких сантиметров, в зависимости от размера устройства. Потери давления сводятся к минимуму, поскольку испаряемый материал конденсируется непосредственно на холодной поверхности. Поскольку длина свободного пробега молекулы в среднем вакууме находится в диапазоне расстояния между цилиндром и внутренним конденсатором или значительно больше, этот метод также называют молекулярной дистилляцией.