Kolumna rektyfikacyjna

Z Wikipedii

Kolumna rektyfikacyjna to sprzęt laboratoryjny, a także urządzenie przemysłowe, w kształcie pionowej rury (lub walca), w której zachodzi kaskadowy, wielopoziomowy proces destylacji frakcyjnej, zwany rektyfikacją.

[edytuj] Zasada działania

Na dole kolumny umieszcza się kolbę lub kadź z rektyfikowaną cieczą, a na jej górze głowicę, której zadaniem jest częściowe zawracanie skraplanej cieczy (orosienia) z powrotem do kolumny, a częściowe kierowanie jej do odbieralnika.

Kolumny rektyfikacyjne działają zawsze w układzie przeciwprądowym. Z góry do dołu spływa, pod wpływem grawitacji, skroplona ciecz, zaś od dołu do góry podążają opary destylowanej mieszaniny, wskutek czego znajdują się one w stałym kontakcie z cieczą. Wewnątrz kolumny występują elementy konstrukcyjne, które dodatkowo zwiększają powierzchnię kontaktu cieczy z oparami (w najprostszym przypadku są to półki z wąskimi otworami). W teorii rektyfikacji przyjmuje się, że na jednym elemencie (półce) następuje pojedynczy akt (proces) destylacji (czyli odparowanie i ponowne skroplenie cieczy). W praktyce jednak kolumn półkowych się nie stosuje, a zamiast półek używa się skomplikowanych kształtek, którymi wypełnia się kolumny, lub też stosuje się wypustki wychodzące ze ściany kolumny do jej wnętrza.

Efektywność kolumn podaje się w jednostkach zwanych półkami teoretycznymi - które są równe pojedynczemu aktowi destylacji. Jeśli kolumna ma na przykład 100 półek teoretycznych, oznacza to, że w jej wnętrzu następuje rozdział równy 100 aktom zwykłej destylacji.

Na efektywność działania kolumny, oprócz wypełnienia, mają też wpływ warunki, w jakich odbywa się rektyfikacja: ciśnienie, temperatura i stosunek cieczy zawracanej do odbieranej (orosienia do produktu). Czym większy jest ten stosunek, tym lepszy rozdział. Jednak jego zwiększanie skutkuje też dłuższym czasem całego procesu i wzrostem jego kosztów. Najlepszy rozdział uzyskuje się przy zachowaniu identycznego ciśnienia i temperatury na całej długości kolumny (temperaturę kontroluje się za pomocą tzw. płaszcza termicznego).

[edytuj] Rodzaje kolumn

• Ze względu na rodzaj konstrukcji wewnętrznej:
  • półkowe - najrzadziej spotykane - składają się z pewnej liczby półek z otworami zapewniającymi przepływ oparów z dołu do góry i przepływ cieczy z góry do dołu;
  • wypełnianie (taka jak na zdjęciu) - w których kolumna jest wypełniana jednolicie specjalnymi kształtkami, które są tak skonstruowane aby zapewnić jak najmniejsze opory przepływu i jednocześnie jak największą powierzchnię kontaktu cieczy z oparami. Konstruowanie wypełnień to sztuka sama w sobie - która jest stale rozwijana;
  • kolumna Vigreux z wypustkami wystającymi ze ścian kolumny i skierowanymi do środka kolumny. Podobnie jak w przypadku wypełnień konstruowanie takich wypustek stanowi sztukę samą w sobie;
• Ze względu na rodzaj płaszcza termicznego:
  • kolumny chłodzone - w których płaszcz termiczny pełni rolę chłodnicy - chłodzenie jest najczęściej realizowane poprzez przeciwprądowe przepuszczanie zimnej wody przez płaszcz.
  • kolumny grzane (taka jak na zdjęciu) - w których płaszcz termiczny pełni rolę podgrzewacza - najczęściej wykorzystuje się tutaj płaszcze elektryczne w postaci spiralnego uzwojenia z drutu oporowego.
  • kolumny adiabatyczne - w których płaszcz grzejny stanowi izolację termiczną od otoczenia. Najczęściej jest to rodzaj termosu - czyli płaszcza z warstwą próżni między kolumną i otoczeniem.