فرآیند تقطیر چیست؟

تقطیر فرآیند تصفیه یک ماده است که در آن مواد خالص از مخلوط استخراج می شود.

انواع مختلفی از فرآیندهای تقطیر وجود دارد، از جمله تقطیر جزئی، تقطیر ساده، بخار و تقطیر خلاء.

تقطیر کاربردهای تجاری و صنعتی متعددی دارد. به عنوان مثال، می توان از آن برای تقطیر شراب استفاده کرد. در واقع، استفاده مستند از تقطیر را می توان تا قرن سیزدهم ردیابی کرد، جایی که از آن برای تقطیر الکل از شراب استفاده می شد. قادر به انجام این کار است زیرا تفاوت در نقطه جوش آب و اتانول باعث می شود تا مقادیر خالص الکل از شراب جدا شود.

یکی دیگر از کاربردهای عمده تقطیر در صنعت نفت است که در آن از تقطیر جزئی برای خالص سازی نفت خام به انواع مختلف سوخت های تجاری مانند بنزین و گازوئیل استفاده می شود.

تقطیر چیست؟

فرآیند تقطیر به طور کلی شامل سه مرحله اصلی است:

• تبدیل مایع مورد نظر از مخلوط به بخار
• تراکم مایع تصفیه شده
• مجموعه مایع تغلیظ شد

انواع خاصی از فرآیندهای تقطیر ممکن است چندین مرحله دیگر مانند تقطیر جزئی نفت خام داشته باشند (در ادامه در مورد آن بیشتر توضیح خواهیم داد).

به طور کلی، حرارت، مربوط به نقطه جوش مایع مورد نظر، به مخلوطی که تقطیر می شود اعمال می شود. در موارد دیگر، فشار برای بهینه سازی فرآیند تقطیر کاهش می یابد.

در این مثال، آب شیرین مایع استخراج شده است. هنگامی که گرمای شعله مشعل Bunsen به فلاسک که حاوی آب دریا است، اعمال می شود، آب می جوشد و تبخیر می شود. بخار آب سرد شده و توسط کندانسور به قطره قطره به ارلن هدایت می شود.

جریان آب در لوله خنک کننده بیرونی اطراف لوله متراکم داخلی، تراکم بخار آب را تسهیل می کند. از آنجایی که نمک جامد است و نقطه جوش بسیار بالایی دارد، با آب تبخیر نمی شود. در نتیجه تقطیر آب شیرین است.

این فرآیند به عنوان نمک زدایی آب شناخته می شود و در برخی از کشورهایی که کمبود آب شیرین دارند، مانند کشورهای خاورمیانه، در مقیاس وسیع از آن استفاده می شود.

فرآیند تقطیر چیست؟

فرآیند تقطیر با تحریک مولکول‌های مایع برای تقطیر با گرم کردن آن عمل می‌کند و در نتیجه تبخیر را تشویق می‌کند. بسیار مهم است که نقطه جوش دقیق تقطیر مورد نظر مشخص باشد.

علاوه بر این، دمای مخلوط مایع باید به دقت کنترل شود و دما باید در نقطه جوش دقیق تقطیر مورد نظر یا بسیار نزدیک به آن حفظ شود. در غیر این صورت ممکن است سایر ناخالصی ها همراه با تقطیر مورد نظر تبخیر شوند.

در مخلوط هایی که جامدات محلول وجود دارد، مانند محلول های نمک، جداسازی حلال مایع از مخلوط نسبتاً آسان است. این به این دلیل است که حلال های مایع مانند آب معمولاً دارای نقطه جوش کمتری نسبت به املاح خود هستند. در موارد ساده، مانند تقطیر الکل از شراب، دما باید به سادگی در دمای جوش تقطیر مورد نظر حفظ شود.

آیا تقطیر یک فرآیند شیمیایی است یا فیزیکی؟

تقطیر یک فرآیند فیزیکی است زیرا شامل تغییر فاز از مایع به گاز (بخار) و سپس بازگشت مجدد به مایع است. به طور کلی، هیچ تغییر شیمیایی در طول فرآیند تقطیر در نظر گرفته نشده است. گفته می شود، برخی از واکنش های شیمیایی تصادفی یا تصادفی ممکن است در طول فرآیند تقطیر رخ دهد. خطر این اتفاق با بزرگتر شدن مقیاس افزایش می یابد.

به عنوان مثال، تقطیر مایعات قابل اشتعال ممکن است منجر به احتراق یا حتی انفجار شود. در برخی موارد، مایعات نیز ممکن است با اجزای تجهیزات تقطیر واکنش دهند. برخی از مایعات حتی ممکن است با اکسیژن یا ناخالصی های موجود در هوا پس از تبخیر واکنش نشان دهند. این ارائه مطالعه موردی در مورد انفجار تصادفی در کارخانه تقطیر مونومر وینیل کلرید (VCM) را تماشا کنید.

، اتانول (الکل موجود در شراب ها) دارای نقطه جوش 78.37 درجه سانتیگراد است. به این معنی که خود مخلوط شراب که بیشتر آب است نباید اجازه داد در دمای 100 درجه سانتیگراد (نقطه جوش آب) بجوشد. در غیر این صورت آب همراه با الکل تبخیر می شود. تا حد امکان دمای مخلوط باید در نقطه جوش دقیق تقطیر مورد نظر حفظ شود.

هنگامی که بخار جمع شد، باید اجازه داد تا در دمای اتاق خنک شود تا به مایع تبدیل شود. سپس در یک ظرف یا برای ذخیره سازی یا پردازش بیشتر جمع آوری می شود.

اغلب، عرقیات 100٪ غلیظ نیستند و ممکن است همچنان حاوی مقادیری ناخالصی، به ویژه حلال اصلی باشند. بنابراین اگر می خواهید عرقیاتی با خلوص بالاتر داشته باشید، تقطیر بیشتر ضروری است.

انواع مختلف تقطیر چیست؟

با توجه به کاربردهای صنعتی آن، انواع مختلفی از تقطیر وجود دارد. جزئیات دقیق گام به گام فرآیند و تجهیزات هر نوع فراتر از حوصله این مقاله است، اما ما به تشریح فرآیند و مفاهیم کلی هر یک می پردازیم.

1. تقطیر کسری
همانطور که قبلا ذکر کردیم، تقطیر جزئی معمولاً در صنعت نفت برای جداسازی بسیاری از اجزای نفت خام استفاده می شود. این امر ضروری است، زیرا نقطه جوش این اجزا بسیار نزدیک به یکدیگر است که تقطیر ساده کار نمی کند.

تقطیر جزئی یک فرآیند چند مرحله ای است که انواع مختلف سوخت های فسیلی مانند نفت سفید و نفت سنگین را جدا می کند. دما در مراحل مختلف دقیقاً کنترل می شود. تصویر زیر تقطیر کسری سوخت های فسیلی را نشان می دهد:

2. تقطیر ساده

تقطیر ساده زمانی استفاده می شود که نقطه جوش مایعات در یک مخلوط بسیار متفاوت باشد. معمولاً برای تقطیر مایعاتی که حداقل 100 درجه سانتیگراد اختلاف در نقطه جوش دارند استفاده می شود. همانطور که از نام آن پیداست، جدا کردن این مایعات نسبتاً آسان است زیرا فضای کافی برای تغییرات دما وجود دارد که بر یکی از مایعات از نظر تبخیر تأثیر نمی گذارد.

3. تقطیر با بخار آب

همانطور که از نام آن مشخص است، تقطیر با بخار از بخار برای تقطیر مایعات مورد نظر استفاده می کند. بخار به خودی خود عرقیات نیست، بلکه فقط وسیله ای برای استخراج عرقیات است. معمولاً برای استخراج اسانس گل ها استفاده می شود. برای تنظیمات اولیه به تصویر زیر مراجعه کنید:

4. تقطیر خلاء

تقطیر خلاء فرآیند تقطیر است که برای مایعاتی با نقطه جوش بسیار بالا تحت فشار معمولی جو استفاده می شود. همچنین برای مایعاتی که تحت فشار معمولی اتمسفر تجزیه می شوند استفاده می شود. با کاهش فشار، نقطه جوش نیز کاهش می یابد و در نتیجه تبخیر مایع آسان تر می شود. معمولاً در پالایش فرآورده های نفتی استفاده می شود.

5. تقطیر آزئوتروپیک

مخلوط آزئوتروپیک نوعی مخلوط است که دارای دو یا چند مایع است که با فرآیند تقطیر معمولی جدا نمی شوند.

بخارهایی که از جوشاندن این نوع مخلوط به وجود می آیند تقریباً به اندازه مایع اصلی هستند.

فرآیند تقطیر آزئوتروپیک از مواد دیگری برای تسهیل تقطیر استفاده می کند. به عنوان مثال، آب و اتانول را می توان از طریق تقطیر با افزودن یک ماده محرک مانند تولوئن جدا کرد.

6. تقطیر استخراجی

تقطیر استخراجی برای جداسازی مخلوط‌های آزئوتروپیک استفاده می‌شود.

این یک جایگزین برای تقطیر آزئوتروپیک است و معمولاً برای مخلوط‌هایی با یک حلال امتزاج پذیر و نسبتاً غیر فرار با نقطه جوش بالا استفاده می‌شود.

کاربردهای تقطیر کسری

چندین کاربرد آزمایشگاهی و صنعتی از تقطیر کسری وجود دارد.

در جداسازی مخلوط های مایع قابل امتزاج مانند استون و آب و کلروفرم و بنزن بسیار مفید است. این فرآیند مخلوطی از مایعات را با نقطه جوش متفاوت جدا می کند.

تقطیر کسری در ساخت مشروبات الکلی از شراب استفاده می شود. اتانول از شراب تبخیر شده و در یک ظرف جداگانه جمع آوری می شود. این کار را می توان چندین بار انجام داد تا به “ثابت” یا غلظت بالاتر الکل دست یابد. این روش سنتی بوده است که توسط آبجوسازی های کوچک و بزرگ استفاده می شود.

در آزمایشگاه ها و همچنین در کارخانه ها از تقطیر برای خالص سازی ترکیبات آلی استفاده می شود. اینها شامل موادی مانند استرها، آمیدها، الکل ها و کتون ها هستند. بسیاری از مدارس مورد نیاز آزمایشات در شیمی آلی شامل تقطیر ترکیبات آلی هستند.

در نهایت، بزرگترین و مهم ترین کاربرد تقطیر، تقطیر جزئی هیدروکربن ها است. انواع مختلفی از مخلوط‌های هیدروکربنی مانند بنزین، گازوئیل و نفت سفید از طریق فرآیند تقطیر جزئی به دست می‌آیند.

تقطیر صنعتی

تقطیر صنعتی در مقیاس بزرگ شامل استخراج و خالص سازی انواع مختلفی از مواد است که ارزش تجاری و تولیدی دارند. اینها در درجه اول شامل الکل و هیدروکربن هستند.

تقطیر کسری آزمایشگاهی

در یک محیط آزمایشگاهی، تقطیر جزئی را می توان با استفاده از “ستون شکنش”، که یک لوله شیشه ای با محفظه های طراحی شده خاص است، انجام داد. این یک راه اندازی در مقیاس کوچک است که می تواند برای اهداف تحلیلی نیز استفاده شود.

مزایای زیست محیطی و انرژی

از تقطیر می توان برای استخراج سوخت جایگزین مانند سوخت زیستی استفاده کرد. این می تواند انواع سوخت های موجود را خالص تر و کارآمدتر کند.

این فرآیند همچنین می‌تواند برای بازیافت مواد شیمیایی مایع برای استفاده مجدد یا استفاده مجدد مورد استفاده قرار گیرد، و می‌تواند آلاینده‌ها را از آب حذف کند و به آن‌ها اجازه بازیافت در سیستم‌های حلقه بسته را بدهد – به گلخانه‌ها در ایستگاه‌های فضایی در حال چرخش فکر کنید.

نتیجه گیری

تقطیر یک فرآیند باستانی است که برای اولین بار هزاران سال پیش توسعه یافت. قدیمی ترین شواهد باستان شناسی برای تقطیر به 1200 سال قبل از میلاد برمی گردد که از لوح های اولیه اکدی می دانیم. فرآیند ساخت عطر از طریق تقطیر را شرح داد. امروزه از تقطیر هم برای فرآیندهای تحلیلی آزمایشگاهی و هم در فرآیندهای صنعتی در مقیاس بزرگ استفاده می شود. انواع مختلفی از تقطیر وجود دارد، مانند کسری و آزئوتروپیک. انواع خاصی از مواد را می توان از طریق این فرآیند استخراج و خالص کرد.