Optimierung der Destillation: Rücklauf, Trennung und Analyse

Auswirkungen des Rücklaufverhältnisses und des Dampfstroms

Reduzierter Rücklauf bei konstantem Dampfstrom

Wird der Dampfstrom im Verhältnis zur Flüssigkeit reduziert, führt dies zu folgenden Änderungen: Reduzierung der Belastung durch schwerere Produkte im Kopfbereich, höhere Strömungsgeschwindigkeiten, leichterer und geringerer Produktfluss im Sumpf und erhöhte Kolonnentemperaturen.

Erhöhter Dampfstrom im Verhältnis zur Flüssigkeit

Wird der Dampfstrom im Verhältnis zur Flüssigkeit erhöht, kommt es zu einer verstärkten Übertragung schwerer Komponenten in den Kopfbereich und steigenden Temperaturen in der gesamten Kolonne.

Siedebereichstabelle (Linsensuppe Tabelle)

Diese Tabelle zeigt den möglichen Siedebereich verschiedener Mischungen.

Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewicht (x-y)

Das x-y-Diagramm steht für das Gleichgewicht zwischen Flüssigkeit und Dampf bei einem bestimmten Druck.

ASTM-Destillationskurve und Trennleistung

Die ASTM-Kurve wird verwendet, um die Qualität der Produkte in einer Destillationskolonne zu bestimmen.

Der GAP-Wert (Überlappung) ist definiert als die Differenz zwischen der Temperatur des 5%-Punktes der nicht genutzten ASTM-Kurve und der Temperatur des 95%-Punktes des Destillats der ASTM-Kurve. Ist der Wert negativ, spricht man von einer Überschneidung (Overlap), was auf eine schlechte Trennung hinweist. Ein positiver GAP-Wert deutet auf eine gute Trennleistung hin.

Siedepunkt (Boiling Point)

Der Siedepunkt ist die Temperatur, bei der eine Flüssigkeit zu kochen beginnt. Dies geschieht, wenn der Dampfdruck der Flüssigkeit dem Druck des Behälters entspricht, in dem sie sich befindet.

Azeotropdestillation

Identifizierungstechniken und Trennleistung

Je nach Charakteristik der Kolonne und der Betriebsweise weisen das Destillat und der Rückstand eine unterschiedliche Reinheit auf. Diese Reinheit wird durch den Grad der Trennung bestimmt, den die Kolonne erreicht. Die Qualität der Trennung wird auch als Trennleistung bezeichnet.

Analyse mittels Chromatographie

Die Chromatographie ermöglicht es, die Komponenten eines Produkts zu identifizieren und festzustellen, welche Komponenten nicht vorhanden sind. Diese Komponenten, die als Referenz für die Trennung dienen, werden Schlüsselkomponenten genannt.

Wenn die zu verwendenden Komponenten nicht eindeutig feststehen, muss ein standardisierter Test angewendet werden. Ein Beispiel hierfür ist die Stabilisierungskolonne zur Gaskonzentration.

Analyse mittels Destillationskurve (TBP)

Eine alternative Methode ist die Analyse ohne Bestimmung der einzelnen Komponenten von Destillat und Rückstand. In diesem Fall stützt man sich auf die Destillationskurve, wobei die Temperatur des ersten Siedepunktes (t) die gewünschte Leistung angibt. Dies wird als TBP-Schnittpunkt (True Boiling Point Cut) bezeichnet.

Faktoren der Trennleistung einer Destillationskolonne

Die Trennleistung einer Destillationskolonne hängt von mehreren Faktoren ab:

• Rücklaufverhältnis und Destillatmenge
• Verhältnis der Verdampfungsenergie (Dampf, der im Reboiler erzeugt wird) und der Abfallströme
• Eintrittspunkt der Beschickung (Feed): Dies ist die ideale Position, an der die Zusammensetzung der Zulaufplatte der Zusammensetzung der Beschickung entspricht.

Der Trennschnitt (Cutoff)

Der Trennschnitt zwischen den beiden Strömen (Destillat und Rückstand) ist für die Verteilung der Beschickung in die zwei Produkte verantwortlich. Wenn die Trennung zwischen leichten und schweren Komponenten nicht 100 % beträgt, deutet dies auf Verunreinigungen in diesen Strömen hin.

Verbesserung des Trennschnitts

Um den Trennschnitt zu verbessern, sind folgende Maßnahmen möglich:

1. Erhöhung des Rücklaufverhältnisses im Kopfbereich (Reduzierung schwerer Komponenten im leichten Produkt).
2. Erhöhung der Wärme im Kessel (Reboiler) und Senkung des Rücklaufverhältnisses (Reduzierung leichter Komponenten im schweren Produkt).