Fatti a portata di mano: vassoi di distillazione e imballaggio

Jul 09, 2023

1 marzo 2020 | Di Scott Jenkins

Le colonne di distillazione industriale utilizzano vassoi o impaccamenti per favorire il contatto vapore-liquido nella separazione dei componenti delle miscele liquide alla purezza desiderata. Complessivamente circa la metà delle colonne è dotata di vassoi e l'altra metà contiene imballaggi. Questo riferimento di una pagina esamina le differenze tra i due e le situazioni di processo che si prestano all'uno o all'altro.

Quando una miscela liquida viene riscaldata in una colonna di distillazione industriale, il vapore generato è più concentrato nel materiale a punto di ebollizione inferiore (più volatile), mentre il liquido è più concentrato nel materiale a punto di ebollizione più alto. Sfruttando questo principio, le colonne di distillazione possono separare i componenti delle miscele. Pile di vassoi metallici, orientati orizzontalmente all'interno della colonna, sono progettati per sostenere il liquido mentre il vapore in aumento scorre verso l'alto. I vassoi sono dotati di aperture per consentire al vapore di fluire verso l'alto attraverso la colonna, nonché di condotti (downcomer) per consentire al liquido condensato di fluire verso il basso (Figura). Il vassoio è progettato per favorire un contatto intimo tra il vapore che si muove verso l'alto e il liquido che si muove verso il basso. Ciascun piatto effettua una parte della separazione prima che il vapore e il liquido si spostino sul piatto successivo nella colonna fino al raggiungimento delle concentrazioni (purezza) desiderate. I tipi comuni di vassoi includono vassoi con tappo a bolle, vassoi con valvola e vassoi con setaccio.

Piuttosto che una pila di vassoi separati che forniscono il contatto vapore-liquido, le colonne di distillazione facilitano il contatto liquido-vapore riempiendo l'interno della colonna con materiali di imballaggio progettati per fornire un'ampia superficie per unità di volume. Mentre la fase liquida scorre attraverso la torre, il vapore e il liquido sono in continuo contatto sulle superfici dell'imballaggio in metallo, ceramica o plastica. Le torri imballate sono generalmente in due forme: imballaggio casuale e imballaggio strutturato. L'imballaggio casuale è costituito da piccole unità di forme ad alta superficie che vengono scaricate in una colonna e lasciate depositare. L'imballaggio strutturato è costituito da fogli ondulati di metallo perforato, plastica o rete metallica ed è fissato in posizione. L'imballaggio strutturato è progettato con elevati rapporti superficie-volume e per massimizzare la distribuzione del liquido. Allo stesso tempo, cercano di mantenere una bassa resistenza al flusso. Sia le torri a riempimento casuale che le torri a riempimento strutturato richiedono distributori di liquidi nella parte superiore della colonna e piastre di supporto dell'imballaggio nella parte inferiore della colonna.

Le colonne a cassetti e le colonne impaccate presentano vantaggi e svantaggi principali, tra cui:

Calo di pressione. Rispetto ai vassoi, il vantaggio più grande associato alle baderne sono le minori perdite di carico. Ciò è particolarmente vero con le colonne che funzionano a pressioni inferiori a quella atmosferica. Generalmente, la caduta di pressione su un letto di imballaggio strutturato è circa un sesto di quella su una pila di vassoi aventi la stessa altezza totale.

Alta pressione. Ci sono situazioni in cui l'impaccamento è meno applicabile, come le colonne di distillazione ad alta pressione, dove vengono presi di mira i prodotti puri. I vassoi funzionano meglio in quei casi, e in modo molto più prevedibile, in colonne in cui i rapporti volumetrici liquido/vapore sono elevati.

Incrostazione. Il fouling è una sfida per tutti i tipi di colonne. Con i vassoi, le parti possono ostruirsi e perdere la capacità di far passare liquidi o vapori. Con le guarnizioni, i distributori di liquidi possono ostruirsi, rendendo la distribuzione non ottimale. Le baderne strutturate sono molto più soggette alla formazione di incrostazioni rispetto alle baderne casuali, poiché le lamiere metalliche delle baderne strutturate sono strettamente distanziate.

Rinnovamenti. Nel corso del tempo, le aziende fornitrici che hanno sviluppato nuove geometrie di vassoi e imballaggi hanno migliorato le prestazioni di questi prodotti. Nuove generazioni di vassoi, impaccamenti casuali e impaccamenti strutturati hanno reso possibile, a volte, migliorare sostanzialmente le prestazioni delle colonne con revamping delle colonne relativamente semplici. Quando i vassoi sostituiscono gli imballaggi, di solito è perché le prestazioni dell'imballaggio sono state deludenti. Quando l'imballaggio sostituisce i vassoi, di solito si ricerca la riduzione delle perdite di carico.