Destillation
- Know-how bringt die Lösung -
Allgemeine Informationen
Die Destillation wird als thermisches Trennverfahren eingesetzt, wenn die chemische Zusammensetzung der Dampfphase sich von der chemischen Zusammensetzung der Flüssigphase unterscheidet. Das ist vor allem der Fall bei Gemischen aus Produkten, die unterschiedliche Siedepunkte, d. h. eine andere Flüchtigkeit, haben. Die Prozess- und Anlagenplanung zur Trennung, Reinigung, Konzentration und Rückgewinnung chemischer Komponenten durch Destillation ist eine unserer Kernkompetenzen.
Es gibt auch Flüssigkeitsgemische, die bei einem bestimmten Verhältnis eine Dampfphase mit der gleichen Zusammensetzung bilden. Diese Azeotrope können durch Destillation nicht weiter getrennt werden. Ist dies trotzdem nötig, müssen die Prozessbedingungen so verändert werden, dass die Zusammensetzung in der Dampfphase sich von der in der flüssigen Phase unterscheidet. Erreichen lässt sich das z. B. durch eine Änderung des Betriebsdrucks oder durch die Zugabe eines anderen Stoffes. Wird ein anderer Stoff mit einer niedrigen Flüchtigkeit hinzugegeben, der den Dampfdruck einer der Mischungskomponenten verringert, nennt man dies eine Extraktivdestillation, die beispielsweise für die QVF® Salpetersäure- und QVF® Salzsäure-Konzentrierungsverfahren eingesetzt werden kann.
Eine andere Situation liegt vor, wenn die Flüssigphase aus nicht miteinander mischbaren flüssigen Komponenten besteht. In diesem Fall reduzieren sich die Dampfdrücke der flüssigen Komponenten nicht gegenseitig, sondern die Dampfdrücke jeder Flüssigphase summieren sich, sodass die Komponente mit dem höheren Siedepunkt ebenfalls flüchtig wird. Man spricht dann von einer Wasserdampfdestillation.
Die grundlegenden Prozessschritte
Der Destillationsprozess erfordert einen Verdampfungs- und einen Kondensationsschritt. Beim Verdampfen eines Gemischs verdampft die Komponente mit dem niedrigsten Siedepunkt oder der höchsten Flüchtigkeit schneller, da ihr Gehalt in der Dampfphase höher als in der Flüssigphase ist, während der Gehalt der Komponente mit höherem Siedepunkt in der siedenden Flüssigphase steigt. Im Kondensationsschritt werden die Dämpfe dann verflüssigt. Je nachdem, wie groß der Unterschied zwischen den Siedepunkten und wie hoch die erforderliche Reinheit der Produkte ist, kann ein einzelner Destillationsprozess ausreichend sein. Ist das nicht der Fall, wird das Kondensat für einen zweiten Destillationsprozess verwendet. Je weniger sich die Flüchtigkeiten bzw. der Siedepunkte der einzelnen Produkte unterscheiden, desto mehr Destillationsvorgänge sind nötig, um die Produkte bis zum gewünschten Grad zu trennen.
Der Verdampfungsschritt
Der Destillationsprozess kann z. B. mit einem beheizten Rührgefäß als Verdampfer und einem daran angeschlossenen Kondensationsteil durchgeführt werden. De Dietrich Process Systems entwirft seit Jahrzehnten Reaktoren für diese Art von Anwendung. Reaktoren aus De Dietrich® Email und QVF® Borosilicatglas sind dank ihrer Korrosionsbeständigkeit und bewährten Funktionalität universell einsetzbar.
Verdampfung unter reduziertem Druck
Wenn Produkte aufgrund der Gefahr einer thermischen Zersetzung bei Normaldruck nicht auf ihren Siedepunkt erhitzt werden können oder wenn die Temperatur des Heizmediums nicht hoch genug ist, muss die Siedetemperatur im Verdampfer durch eine Senkung des Drucks reduziert werden.
Das niedrigste sinnvolle Vakuum und damit die niedrigste Verdampfungstemperatur für ein Rührgefäß wird durch den hydrostatischen Druck an dessen Boden bestimmt. Bei anderen Verdampfertypen mit geringerem hydrostatischen Druck kann das Vakuum weiter gesenkt werden:
- Zwangs- und Naturumlaufverdampfer: 50 mbar
- Horizontalverdampfer: 10 mbar
- Rotationsverdampfer: 5 mbar
- Fallfilmverdampfer: 5 mbar
- Dünnschichtverdampfer: 0,1 mbar
- Kurzwegverdampfer: 0,001 mbar
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Der Kondensationsschritt
Die Auslegung des Kondensationsteils für die Verdampfertypen bis hinab zu 1mbar hängt weniger von der Bauart des Verdampfers als vielmehr von folgenden Aspekten ab:
- Kapazität
- Kondensationstemperatur und -druck
- Temperatur und Art des Kühlmediums
- Erforderliche Temperatur der kondensierten Flüssigkeit
- Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit
- Kontaminationswahrscheinlichkeit
- Platzbedarf
In Einklang mit den oben genannten Anforderungen muss der Aufbau des Kondensationsteils bestimmt werden anhand von:
- absteigende Kondensation
- aufsteigender Kondensation
- Gleich- oder Gegenstrom von Destillat und Kühlmedium
- Flüssig/Flüssig-Phasentrennung
Für korrosive Anwendungen hat De Dietrich Process Systems ein breites Sortiment an Wärmeübertragern entwickelt, die hoch korrosionsbeständige Werkstoffe wie QVF® Borosilicatglas 3.3, De Dietrich® Stahlemail, PTFE und SiC miteinander verbinden.
- Schlangenwärmeübertrager
- Rohrbündelwärmeübertrager
- GMP-konforme Wärmeübertrager
- CORE-THERM Wärmeübertrager
- Integrierte Lösungen wie die THERMIPACK® Kondensations- und Dekantiereinheit
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Rektifikation
Wenn ein einzelner Destillationsprozess nicht ausreicht, um den erforderlichen Trennungsgrad zu erreichen, ist ein anschließender Destillationsprozess mit der kondensierten Flüssigkeit nötig. Die nicht verdampfte Flüssigkeit der nachfolgenden Destillation wird wieder dem ersten Destillationsprozess zugeführt. Es können noch weitere ähnliche Destillationsprozesse angehängt werden. Solch eine Reihe von Destillationsprozessen oder Destillationsstufen lässt sich auf effizientere Weise in Form einer Kolonne mit Böden zwischen dem Verdampfungs- und dem Kondensationsteil umsetzen, in welcher der aufsteigende Dampf im Gegenstrom mit der niedergehenden Flüssigkeit in Kontakt steht. Die Funktion der Böden in so einer Rektifikationskolonne kann auch mit Packungen und Füllkörpern erreicht werden.
Die Wahl der geeignetsten Kolonneneinbauten hängt ab von:
- der erforderlichen Anzahl an Destillationsstufen
- den Durchflussraten und Dichten von aufsteigendem Dampf und niedergehender Flüssigkeit
- dem Druckabfall bzw. dem maximal zulässigen Druck/der maximal zulässigen Temperatur im Verdampfer
- der Korrosionsbeständigkeit
- der verfügbaren Höhe
Betriebsart
Der Destillations- oder Rektifikationsprozess kann chargenweise und kontinuierlich durchgeführt werden.
Beim Chargenbetrieb wird die Flüssigkeit in den Verdampfer geleitet, bei dem es sich meistens um ein beheiztes Rührgefäß handelt. Die Zusammensetzung von Destillat und Bodenprodukt ändert sich im Laufe der Zeit. Das bedeutet beispielsweise, dass die Reinheit des Destillats zu Beginn der Destillation gut sein kann, sich aber mit abnehmender Konzentration der leicht siedenden Komponente im Verdampfer verschlechtert.
Bei einer kontinuierlich betriebenen Rektifikationsanlage hängt die Lage des Einspeisepunkts von der Zusammensetzung der zugeführten Flüssigkeit im Hinblick auf das Verhältnis von Bodenprodukt und Destillat ab. Die Zusammensetzung von Destillat und Bodenprodukt ändert sich nicht mehr, nachdem die Kolonne den stationären Zustand erreicht hat. Die Reinheit richtet sich nach der von der Ausrüstung erreichten Trennleistung.
Lösungs- und Dienstleistungsangebot
De Dietrich Process Systems bietet Lösungen vom Pilot- bis zum Industriemaßstab an.
Wir bieten Prozessplanung, komplette verfahrenstechnische Anlagen und Komponenten für unterschiedlichste Anwendungen an und haben uns auf Prozesse spezialisiert, die korrosionsbeständige, leicht zu reinigende oder transparente Werkstoffe erfordern.
Baugröße:
- Rührverdampfer: 6 l bis 120 m³
- Kolonnen: DN30 bis DN2400
- Kondensatoren: 0,3 m² bis 30 m²
Dienstleistungen:
- Kundendienst
- Prozesssicherheit
- Dokumentation
- Inbetriebnahme
- Installation
- Transport
- Herstellung
- Beschaffung
- Detailkonstruktion
- Risikoanalysen
- Grundlegende Verfahrensplanung
- Machbarkeitsstudien
- Tests und Versuche
Ihr Vorteil
Wir können mithilfe unseres Know-hows in der chemischen Verfahrenstechnik, durch Erfahrung und den Einsatz von Simulationswerkzeugen sowie Tests in unserer Versuchshalle den für Ihre Anwendung am besten geeigneten Destillationsprozess entwerfen. Der Prozess wird mit Anlagen durchgeführt, die von unseren erfahrenen Ingenieurteams unter Verwendung zuverlässiger Schlüsselkomponenten aus unserer eigenen Produktion konstruiert und gebaut wurden.
Mit uns haben Sie einen zuverlässigen Partner, der Ihnen den Prozess, Funktionalität und Qualität liefert.
Sie bekommen die nachhaltigste Lösung mit den niedrigsten Investitions- und Wartungskosten.
