Er bestaan twee hoofdtypen destillatiekolommen: de schotelkolom (ook wel bodemkolom of tray column genoemd) en de pakketkolom (packed column). Welk type het meest geschikt is, hangt af van factoren zoals de te verwerken vloeistof, de gewenste scheidingsefficiëntie, de drukval en de productiecapaciteit. In dit artikel beantwoorden we de meest gestelde vragen over destillatiekolommen, van de basiswerking tot de normen die gelden bij fabricage.
Hoe werkt een destillatiekolom in de industrie?
Een destillatiekolom scheidt mengsels van vloeistoffen op basis van verschillen in kookpunt. De vloeistof wordt verhit, waarna de dampen opstijgen door de kolom en geleidelijk condenseren op verschillende hoogtes. Componenten met een lager kookpunt stijgen hoger op; componenten met een hoger kookpunt condenseren eerder. Zo ontstaat een scheiding tussen de fracties.
In de industrie worden destillatiekolommen ingezet in processen waarbij grote hoeveelheden vloeistof continu gescheiden moeten worden. Denk aan de petrochemische industrie, raffinaderijen en de productie van chemicaliën. De kolom werkt als een reeks contactstadia: op elk stadium komen damp en vloeistof met elkaar in contact, waarna de samenstelling van beide fasen verandert richting de gewenste scheiding.
De efficiëntie van een destillatiekolom wordt bepaald door het aantal theoretische schotels (of equivalente pakkinglengte), de terugloopverhouding en de interne stroomverdeling. Hoe meer contactstadia, hoe zuiverder het eindproduct.
Wat zijn de belangrijkste typen destillatiekolommen?
De twee belangrijkste typen destillatiekolommen zijn de schotelkolom en de pakketkolom. Beide typen zorgen voor contact tussen de opstijgende damp en de neerdruipende vloeistof, maar ze doen dit op een fundamenteel andere manier. Naast deze twee hoofdtypen bestaan er ook gespecialiseerde varianten zoals de flash drum en de extractiekolom, maar die zijn minder gangbaar in standaard destillatieprocessen.
- Schotelkolom (tray column): bevat horizontale schotels waarop vloeistof en damp met elkaar in contact komen in discrete stappen.
- Pakketkolom (packed column): gevuld met gestructureerd of gestort pakkingmateriaal dat een groot contactoppervlak creëert voor continue stof- en warmteoverdracht.
- Flash drum: een eenvoudige scheider waarbij een deel van de vloeistof verdampt door drukverlaging, zonder interne contactstadia.
- Extractiekolom: gebruikt een oplosmiddel in plaats van warmte om componenten te scheiden, en wordt ingezet wanneer destillatie niet praktisch is.
Wat is het verschil tussen een schotelkolom en een pakketkolom?
Het belangrijkste verschil tussen een schotelkolom en een pakketkolom zit in de manier waarop damp en vloeistof contact maken. In een schotelkolom gebeurt dit in discrete stappen op horizontale schotels; in een pakketkolom verloopt het contact continu over het oppervlak van het pakkingmateriaal. Dit verschil heeft directe gevolgen voor de drukval, de capaciteit en de toepassingsgebieden.
Schotelkolom
Een schotelkolom biedt robuuste werking bij wisselende belastingen en is goed te inspecteren en te reinigen. De drukval per schotel is relatief hoog, wat de schotelkolom minder geschikt maakt voor vacuümdestillatie. Schotelkolommen worden vaak gekozen bij grote capaciteiten en wanneer de vloeistof de neiging heeft tot vervuiling of aankoeken.
Pakketkolom
Een pakketkolom heeft een lagere drukval en is daardoor beter geschikt voor vacuümdestillatie en thermisch gevoelige producten. Het grote contactoppervlak van het pakkingmateriaal zorgt voor een hoge scheidingsefficiëntie bij relatief kleine kolomdiameters. Het nadeel is dat pakketkolommen gevoeliger zijn voor ongelijkmatige vloeistofverdeling en moeilijker te reinigen zijn bij vervuiling.
Welke schoteltypen worden gebruikt in destillatiekolommen?
In schotelkolommen worden verschillende schoteltypen toegepast, elk met eigen kenmerken op het gebied van capaciteit, efficiëntie en drukval. De meest gebruikte schoteltypen zijn de zeefschotel, de bellenschotel en de klepschotel.
- Zeefschotel (sieve tray): eenvoudige geperforeerde plaat; goedkoop en gemakkelijk te reinigen, maar gevoelig voor doorvallen van vloeistof bij lage belasting.
- Bellenschotel (bubble cap tray): voorzien van deksels met sleuven die de damp door de vloeistof leiden; werkt goed bij lage dampsnelheden en brede belastingsbereiken, maar is duurder en moeilijker te reinigen.
- Klepschotel (valve tray): beweegbare kleppen die zich aanpassen aan de dampsnelheid; combineert een breed werkingsbereik met een redelijke efficiëntie en is daarmee het meest toegepaste schoteltype in de industrie.
- Tunnelschotel: wordt ingezet bij processen met hoge vloeistofbelasting of wanneer de vloeistof de neiging heeft tot schuimen.
Wanneer wordt een pakketkolom verkozen boven een schotelkolom?
Een pakketkolom verdient de voorkeur boven een schotelkolom wanneer een lage drukval belangrijk is, de te scheiden stoffen thermisch gevoelig zijn, of wanneer de kolom relatief klein van diameter is. Ook bij corrosieve media of wanneer de vloeistof schuimt, biedt pakkingmateriaal voordelen ten opzichte van schotels.
Concrete situaties waarin een pakketkolom de betere keuze is:
- Vacuümdestillatie: de lage drukval van pakkingmateriaal maakt het mogelijk om bij lage druk te werken zonder grote energieverliezen.
- Thermisch gevoelige producten: minder drukval betekent een lagere bodemtemperatuur, wat degradatie van het product voorkomt.
- Kleine kolomdiameters: bij diameters onder circa 600 mm is het plaatsen van schotels praktisch lastig; pakkingmateriaal past hier beter.
- Schuimende vloeistoffen: gestructureerd pakkingmateriaal geeft minder aanleiding tot schuimvorming dan schotels.
Bij grote capaciteiten, hoge vloeistofbelasting of wanneer regelmatige reiniging noodzakelijk is, blijft de schotelkolom de meest praktische keuze.
Welke normen gelden voor de fabricage van destillatiekolommen?
Destillatiekolommen vallen onder de categorie drukapparatuur en moeten voldoen aan de Pressure Equipment Directive (PED 2014/68/EU). Deze Europese richtlijn stelt eisen aan het ontwerp, de berekening, de materiaalkeuring en de fabricage van apparatuur die onder druk staat. Afhankelijk van de druk, het volume en het medium wordt de apparatuur ingedeeld in een risicocategorie (I tot IV), waarbij hogere categorieën strengere eisen en externe keuring vereisen.
Naast de PED zijn de volgende normen en kaders relevant bij de fabricage van destillatiekolommen:
- EN 13445: Europese norm voor ongestookte drukvaten; beschrijft eisen voor ontwerp, materialen, fabricage en beproeving.
- ASME VIII: Amerikaanse norm die internationaal veel wordt toegepast, met name bij projecten voor klanten buiten Europa.
- ISO 3834: norm voor kwaliteitseisen aan het lassen van metalen constructies; relevant voor alle gelaste verbindingen in de kolom.
- NEN-EN 1090: van toepassing op staalconstructies die deel uitmaken van de ondersteuningsstructuur van de kolom.
Lascertificaten, materiaalcertificaten en keuringsdocumenten zijn bij PED-plichtige apparatuur verplicht en moeten aantoonbaar aanwezig zijn in het constructiedossier.
Hoe wij helpen bij de fabricage van destillatiekolommen
Via onze dochteronderneming MCL Apparatenbouw fabriceren wij destillatiekolommen en ander static equipment in diverse materiaalkwaliteiten, met of zonder keur, volledig conform klantspecificatie en levertijd. Onze aanpak in apparatenbouw omvat het volledige traject:
- Engineering en technische uitwerking op basis van jouw processpecificaties
- Fabricage conform PED, EN 13445 of ASME VIII, afhankelijk van de projectvereisten
- Lassen door gecertificeerde lassers met bijbehorende WPS- en PQR-documentatie
- Spoedservice bij storingen, zodat stilstand van jouw installatie minimaal blijft
- On-site levering en inbouw, zodat je volledig wordt ontzorgd
Of je nu een nieuwe kolom nodig hebt of een bestaand apparaat snel wilt laten repareren: neem contact met ons op en we kijken samen naar de beste oplossing voor jouw situatie.