真空蒸餾
真空蒸餾是種使待分離液體上方壓強小於其蒸汽壓的蒸餾方法[1]。這方法適用於蒸汽壓大於環境壓力的液體。待分離液體沸點降低，真空蒸餾不一定需要加熱。
實驗室
實驗室將真空蒸餾用於沸點太高或溫度接近沸點時易起反應的液體。[2][3][4]β-胡蘿蔔素等對高溫敏感的物質須以真空蒸餾分離，可防止高溫造成的化學反應。真空蒸餾比普通蒸餾有更少殘留物。
工業
工業真空蒸餾有幾項優點 ，沸點相近的混合物可能需要多級平衡級來分離出關鍵物質[5]，而真空蒸餾可以減少平衡級數目。煉油廠使用的真空蒸餾塔直徑可達約14米，高度可達50米，每天可處理16萬桶原油。
在大多數系統，壓力降低而相對揮發度升高。真空蒸餾增加了許多應用中關鍵產物的相對揮發度，相對揮發度越高就越易分離不同產物。意味真空蒸餾可以更少步驟達到蒸餾塔相同的分離效果。
一些反應的產物在高溫下會有副反應，真空蒸餾在工業上還可以在低壓下降低分離物質所需的溫度。
石油煉製中的真空蒸餾
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原油是由上百種不同烴類組成的複雜混合物，分子通常由3到60粒碳原子構成，少部分烴會超出此範圍。[6]原油煉製開始於在所謂的常壓蒸餾塔中蒸餾原油，其操作壓力略高於常壓。[7][8][9]
真空蒸餾也稱為 「低溫蒸餾」。
蒸餾原油時，不要讓原油的溫度高於370到380°C很重要，在此溫度以上原油中的高分子量組分會熱裂解形成石油焦。形成的焦炭會阻塞加熱爐管，加熱爐是用於加熱原油蒸餾塔的進料物流的。阻塞還會發生在加熱爐到蒸餾塔的管路和塔本身。
可通過限制入口原油的溫度低於370到380°C來約束，這些原油是來自常壓蒸餾塔底部的完全由烴組成的沸點高於370到380°C的渣油。
為進一步蒸餾常壓蒸餾塔的渣油，必須在絕壓低至10到40mmHg（也稱托）的條件下蒸餾，這樣才能限制工作溫度低於370到380°C。
圖2是煉油廠真空蒸餾塔的簡化流程圖，它描述了塔的內部結構；圖3是煉油廠真空蒸餾塔的照片。
真空蒸餾塔中10到40mmHg的絕壓提高了單位蒸餾液體體積中形成蒸汽的體積，這種塔的直徑非常大。[10]
像圖1和圖2的蒸餾塔，直徑可達15米以上，高度可達50米，進料速度可達每日25400m³（16萬桶）。
真空蒸餾塔內部必須保證良好的汽液接觸，同時維持塔頂至塔底很低的壓力增量。因此，真空塔使用只從塔的側面抽出產品（也稱側線產物）的蒸餾塔盤。大部分塔用填料汽液接觸，因為這種填料的壓降比蒸餾塔盤低。填料既可以是整齊的金屬片，也可以是隨機填充的填料，如拉西環（Raschig rings）。
真空塔10到40mmHg的絕壓以多級蒸汽噴射器來實現。[11]
煉油工業外的其他工業通常使用尺寸小得多的真空蒸餾塔。
參見
腳註
- ^ Laurence M. Harwood, Christopher J. Moody. Experimental organic chemistry: Principles and Practice Illustrated edition. WileyBlackwell. 1989: 147–149. ISBN 978-0632020171.
- ^ Distillation （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） (CU Boulder Organic Chemistry Teaching Labs)
- ^ Vacuum Distillation: New Method for Analyzing Organic Chemicals in a Wide Array of Samples （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） (United States Environmental Protection Agency)
- ^ What is vacuum distillation? （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） (Argonne National Laboratory's NEWTON Ask-A-Scientist)
- ^ Karl Kolmetz, Andrew W. Sloley et al. (2004), Designing Distillation Columns for Vacuum Service, 11th India Oil and Gas Symposium and International Exhibition, September 2004, Mumbai, India (also published in Hydrocarbon Processing, May 2005)
- ^ James G, Speight. The Chemistry and Technology of Petroleum Fourth. CRC Press. 2006. 0-8493-9067-2.
- ^ Kister, Henry Z. Distillation Design 1st. McGraw-Hill. 1992. ISBN 0-07-034909-6.
- ^ Gary, J.H. and Handwerk, G.E. Petroleum Refining Technology and Economics 2nd. Marcel Dekker, Inc. 1984. ISBN 0-8247-7150-8.
- ^ Leffler, W.L. Petroleum refining for the nontechnical person 2nd. PennWell Books. 1985. ISBN 0-87814-280-0.
- ^ Karl Kolmetz, Andrew W. Sloley et al (2004), Designing Distillation Columns for Vacuum Service, 11th India Oil and Gas Symposium and International Exhibition, September 2004, Mumbai, India (also published in Hydrocarbon Processing, May 2005)
- ^ Photo gallery 網際網路檔案館的存檔，存檔日期2009-02-07. (from website of Graham Manufacturing Company)