진공 증류

Vacuum distillation
그림 1: 대기압에서 디메틸 술폭시드는 189 °C에서 끓는다.이 진공 장치에서는 70°C에서 왼쪽에 있는 연결된 리시버 플라스크로 증류됩니다.

진공 증류는 감압 상태에서 이루어지는 증류로, 주변 압력에서 쉽게 증류되지 않는 화합물을 정제하거나 단순히 시간 또는 에너지를 절약할 수 있습니다.이 기술은 끓는 점의 차이에 따라 화합물을 분리한다.이 기법은 원하는 화합물의 비등점을 달성하기 어렵거나 화합물이 [1]분해되는 원인이 될 때 사용한다.압력이 감소하면 화합물의 끓는점이 감소합니다.비등점 감소는 Clausius-Clapeyron [2]관계를 사용하여 온도-압력 노모그래프를 사용하여 계산할 수 있습니다.

실험실 규모의 응용 프로그램

비등점이 150°C 미만인 화합물은 일반적으로 주변 압력에서 증류됩니다.끓는점이 높은 시료의 경우 일반적으로 단거리 증류 장치가 사용됩니다.[3][4]이 기술은 유기 [5]합성에 충분히 설명되어 있습니다.[6]

회전 증발

회전 증발[7] 실험실에서 화합물을 농축하거나 용액에서 분리하는 데 사용되는 일반적인 기술입니다.대부분의 용제는 휘발성이며 회전 증발을 사용하여 쉽게 증발할 수 있습니다.휘발성이 낮은 용제는 고진공 상태에서 가열하여 회전 증발로 제거할 수 있습니다.또한 환경 규제 기관에서 페인트, 코팅 및 [8]잉크의 용제 양을 결정하기 위해 사용합니다.

안전에 관한 고려사항

유리제품이 진공압력을 받을 때 안전은 중요한 고려사항입니다.진공이 적용될 때 긁힘이나 균열이 발생할 수 있습니다.유리제품의 대부분을 테이프로 감싸는 것은 폭발 시 유리 파편이 위험한 비산하는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다.

산업 규모의 응용 프로그램

그림 2: 정유 공장에서 사용되는 일반적인 건식 진공 증류 컬럼의 간단한 애니메이션
그림 3: 폴리 정유소[9] 대규모 진공 증류탑

산업용 진공 증류에는[10] 몇 가지 장점이 있습니다.근접 끓는 혼합물은 주요 성분을 분리하기 위해 많은 평형 단계를 필요로 할 수 있다.필요한 단계 수를 줄이는 한 가지 도구는 진공 [11]증류를 이용하는 것입니다.일반적으로 정유 공장에서 사용되는 진공 증류 기둥(그림 2 및 3 참조)은 최대 직경이 약 14미터(46피트), 높이가 약 50미터(164피트), 공급 속도가 약 25,400입방미터(16만 배럴)에 이른다.

진공 증류는 다음을 통해 분리를 개선할 수 있습니다.

  • 저압으로 인한 제품 열화 또는 고분자 형성 방지, 타워 바닥 온도 저하,
  • 제품 열화 또는 폴리머 형성의 감소는 특히 트레이가 아닌 패킹을 사용하는 컬럼에서의 평균 체류 시간 단축에 기인합니다.
  • 용량, 수율 및 순도 향상.

진공 증류의 또 다른 장점은 자본 비용이 절감되고 운영 비용이 약간 더 든다는 것입니다.진공 증류를 사용하면 높이와 직경을 줄일 수 있으며, 따라서 증류탑의 자본 비용을 절감할 수 있습니다.

석유정제에서의 진공증류

석유 원유는 일반적으로 분자당 탄소 원자가 3~60개인 수백 가지의 탄화수소 화합물이 혼합된 복잡한 혼합물이지만, [12][13][14]이 범위를 벗어나는 탄화수소가 소량 있을 수 있습니다.원유 정제 작업은 들어오는 원유를 대기압보다 [10][12][13]약간 높은 압력으로 작동하는 소위 대기 증류탑에서 증류하는 것으로 시작합니다.

진공 증류는 "저온 증류"라고도 합니다.

원유를 증류할 때 원유의 고분자량 성분이 열분해되어 그 이상의 온도에서 석유 코크스를 형성하므로 원유를 370~380°C 이상의 온도로 만들지 않는 것이 중요하다.코크스가 생성되면 공급 흐름을 원유 증류 컬럼으로 가열하는 용해로의 튜브가 막히게 됩니다.막힘은 용해로에서 증류 칼럼으로 가는 배관뿐만 아니라 칼럼 자체에서도 발생합니다.

칼럼 입구 원유를 370~380°C 미만으로 제한함으로써 발생하는 제약으로 인해 대기 증류 칼럼 바닥에서 370~380°C 이상에서 끓는 탄화수소로 구성된 잔류 오일이 생성됩니다.

대기 증류 컬럼의 잔류 오일을 추가로 증류하려면 작동 온도를 370 ~ 380 °C 미만으로 제한하기 위해 10 ~ 40 mmHg / Torr (약 5 % 대기압)의 절대 압력에서 증류를 수행해야 합니다.

그림 2는 석유 정제소 진공 증류 컬럼의 내부를 나타내는 간략화된 공정도이며, 그림 3은 석유 정제소 내 대형 진공 증류 컬럼의 사진이다.

진공 증류 컬럼의 10~40mmHg 절대 압력은 액체 증류량당 생성되는 증기의 부피를 증가시킵니다.그 결과 이러한 기둥은 [15]지름이 매우 큽니다.

그림 1과 그림 2와 같은 증류탑은 직경 15m 이상, 높이 약 50m, 공급속도 약 25,400m3(1일 160,000배럴)를 가질 수 있다.

진공 증류 컬럼 내부는 컬럼 상단에서 하단으로 매우 낮은 압력 증가를 유지하면서 기액 접촉이 양호해야 한다.따라서 Vacuum column은 제품이 Column 측면에서 배출되는 증류 트레이(side draws)만 사용합니다.대부분의 칼럼은 증류 트레이보다 압력 강하가 낮기 때문에 기액 접촉에 패킹 재료를 사용합니다.이 포장재는 구조화된 판금 또는 Raschig 링과 같은 랜덤 덤프 포장재입니다.

진공 칼럼의 절대 압력 10 ~ 40 mmHg은 증기 제트 [16]이젝터의 여러 단계를 사용하여 가장 많이 달성됩니다.

석유 정제업계를 제외한 많은 산업들이 훨씬 작은 규모의 진공 증류를 사용한다.코펜하겐에 본부를 둔 경험적 [17]정령술은 전 노마 [18]요리사들이 설립한 증류소로 독특한 맛을 내는 양주를 만들기 위해 이 과정을 사용합니다.그들의 대표 정신인 헬레나는 코지를 사용하여 필스너 몰트, 벨기에의 사이슨 [19]이스트와 함께 만들어졌다.

대규모 정수

진공 증류는 바닷물로부터 소금을 제거하는 효율적인 방법으로 대형 산업 공장에서 민물을 생산하기 위해 종종 사용된다.이것은 담수화라고 알려져 있다.바닷물을 진공상태로 만들어 끓는점을 낮추고 열원을 가함으로써 담수가 끓어내려 응축된다.수증기의 응축은 수증기가 진공 챔버를 채우는 것을 방지하고 진공 압력의 손실 없이 연속적으로 효과를 볼 수 있도록 합니다.수증기의 응축으로 인한 열은 유입되는 바닷물을 냉각수로 사용하여 바닷물의 공급을 예열하는 히트 싱크에 의해 제거된다.증류의 일부 형태에서는 응축기를 사용하지 않고 펌프로 증기를 기계적으로 압축합니다.는 열 펌프 역할을 하여 증기의 열을 집중시키고 유입되는 처리되지 않은 수원에서 열을 되돌려 재사용할 수 있도록 합니다.물의 진공 증류에는 여러 가지 형태가 있으며, 가장 일반적인 형태는 다단계 증류, 증기 압축 담수화다단계 섬광 [20]증류입니다.

분자 증류

분자 증류는 0.01 torr[21](1.3 Pa) 이하의 압력으로 진공 증류하는 것입니다.0.01 torr은 유체가 자유 분자 흐름 상태에 있는 고진공보다 한 단계 높은 크기입니다. 즉, 분자의 평균 자유 경로[22]기기의 크기와 유사합니다.기체상은 더 이상 증발할 물질에 큰 압력을 가하지 않으며, 결과적으로 증발 속도는 더 이상 압력에 의존하지 않습니다.즉, 유체 역학의 연속체 가정이 더 이상 적용되지 않기 때문에, 질량 수송은 유체 역학이 아닌 분자 역학에 의해 지배됩니다.따라서 열간 표면과 냉간 표면 사이의 짧은 경로가 필요하며, 일반적으로 시선이 있는 냉간판 옆에 피막으로 덮인 열판을 매달아 두어야 합니다.

분자 증류는 석유의 [20]정화를 위해 산업적으로 사용된다.

갤러리

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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