سلام به همراهان همیشگی شرکت بازرگانی پیلار تجارت ؛ امروز قصد داریم در این مقاله در مورد تقطیر صحبت کنیم. تقطیر یا واچکانش که در زبان انگلیسی به آن Distillation میگویند، تقطیر در واقع یک فرایند جداسازی مهم در حوزههای شیمی، صنعت و علوم غذایی است. این فرایند شامل تبدیل مایع به بخار، و سپس متراکم کردن دوباره آن به شکل مایع است. اگر بخواهیم مثال سادهای از تقطیر بزنیم، بخار کتری آب است که بخار روی درب و بدنه ظرف قرار میگیره و سپس دوباره تبدیل به مایع میشود.
تقطیر ساده چیست؟
در صنایع و آزمایشگاهها، بیشتر روشهای تقطیر به شکل ساده انجام میشود. این روش شامل استفاده از یک سیستم تقطیر برای گرم کردن مایع، یک کندانسور برای خنک کردن بخار، و یک گیرنده برای جمعآوری مایع حاصله است. در این فرآیند، ابتدا موادی که نقطه جوش کمتری دارند و فرارتر هستند تقطیر میشوند، درحالیکه سایر مواد متعاقباً یا اصلاً تقطیر نمیشوند.
این دستگاه ساده برای تصفیه مایعات حاوی مواد غیرفرار کاملاً موثر است و برای جداسازی مایعات با نقاط جوش متفاوت بسیار مناسب است. این دستگاه معمولاً از شیشه ساخته میشود و با استفاده از چوب پنبه، دستههای لاستیکی یا اتصالات شیشه به یکدیگر متصل میشود. در کاربردهای صنعتی، تجهیزات بزرگتری از فلز یا سرامیک، و حتی برجهای تقطیر برای این منظور استفاده میشود. این موارد در مباحث مربوط به تقطیر در علوم هشتم بهطور کامل شرح داده شدهاند.
تاریخچه تقطیر
در زمانی که علم شیمی آغاز شد، از ظروفی به نام انبیق و قرع برای انجام فرآیند تقطیر استفاده میشد. این دو ظرف، دارای گردن دراز و متمایل به یک سو بودند و به عنوان چگالنده برای جمعآوری مایع مقطر مورد استفاده قرار میگرفتند. این ظروف، که اختراع و توسعهی آنها به دست دانشمند مسلمان، جابر بن حیان، مربوط میشود، بیش از ۸۰۰ سال پیش به کار گرفته شدند.
ایده آل ترین روش تقطیر چیست؟
تصور اینکه هر جزء از محلول در یک دمای خاص جوش میآید، ممکن است ما را به اشتباه بیندازد. در واقع، در یک محلول، همه اجزاء در هر دمایی تبخیر میشوند، اما جزء با فشار بخار بیشتر، سهم بیشتری از تبخیر را به خود میگیرد، به همین دلیل تفاوتی در نسبت تبخیر هر اجزاء ایجاد میشود. این واقعیت باعث میشود که جداسازی خالص هر کدام از اجزاء ممکن نباشد.
با این وجود، مدل تقطیر ایدهآل از قانون رائولت و قانون دالتون پیروی میکند. بهطور خاص، قانون رائولت بیان میکند که درصد حضور یک جزء در بخار حاصل از یک محلول برابر با ضرب درصد آن در فاز مایع در فشار بخار آن زمانی است که ماده خالص است. این فشار بخار توسط مولکولهای بخار مایع بر روی سطح مایع تأمین میشود. با افزایش دما، فشار بخار مایع نیز افزایش مییابد.
قانون دالتون همچنین بیان میکند که فشار بخار کل محلول برابر با جمع فشار بخار اجزاء محلول در یک دمای خاص است. این فشار بخار کل موجب جوش محلول میشود. هنگامی که فشار بخار برابر با فشار محیط میشود، محلول جوش میآید و مولکولها از فاز مایع به فاز بخار میپیوندند.
با این حال، باید توجه داشت که برای برخی مواد، مانند آزئوتروپها، قوانین رائولت و دالتون ممکن است به درستی عمل نکنند. آزئوتروپها مخلوطی از دو یا چند مایع با ترکیب درصد مشخص هستند که دمای جوش آنها پایینتر از دمای جوش هر کدام از اجزاء به صورت جداگانه است. بنابراین، تقطیر معمولی بر روی آزئوتروپها تأثیری ندارد و نمیتوان اجزاء را به صورت خالص جدا کرد.
انواع تقطیر
انواع روشهای تقطیر به دو دسته خلاصه میشود ؛
- تقطیر پیوسته
- تقطیر ناپیوسته
تقطیر ناپیوسته
برای جداسازی مواد فرار از یکدیگر، میتوانیم از تقطیر استفاده کنیم. در این فرآیند، محلولی حاوی دو ماده فرار، مثلاً «A» و «B» را گرم میکنیم. اگر ماده «A» نقطه جوش کمتری داشته باشد، زودتر جوش میآید. به این ترتیب، بخار حاوی ماده «A» بیشتر از ماده «B» است. این بخار از یک چگالنده عبور میکند و تبدیل به مایع میشود. به دلیل تبخیر بیشتر ماده «A»، ترکیب درصد آن در مایع کاهش مییابد و درصد ماده «B» افزایش مییابد.
در طول فرآیند، با کم شدن ماده «A» در مایع و افزایش دما، ترکیب درصد ماده «B» در بخار نیز افزایش مییابد. بنابراین، بخارات اولیه حاصله، حاوی بیشترین درصد ماده «A» هستند. با گذشت زمان و خروج بخار از سیستم، ترکیب درصدی ماده «B» در بخار افزایش پیدا میکند.
تقطیر پیوسته
در این روش، به طور مداوم مقدار مشخصی از هر دو ماده به سیستم تزریق میشود تا ترکیب درصدها، دماها و سایر عوامل فرآیند ثابت بماند. این اقدام باعث میشود که میزان بخارات و محلول خروجی همواره ثابت باشد. به عبارت دیگر، دو خروجی با ترکیب درصد یکسان، یکی غنی از ماده «A» و دیگری غنی از ماده «B» تولید میشود. این روش عموماً در صنایع پالایشگاهی مورد استفاده قرار میگیرد.
توسعهی فناوری تقطیر
توسعه فناوری تقطیر به وسیله افزودن ستون جداسازی به ظرف تقطیر، هم فرایند پیوسته و هم ناپیوسته را بهبود میبخشد. این ستون با افزایش تماس بین فاز بخار و مایع، به بهبود عملکرد تقطیر کمک میکند. در طول زمان، این دو فاز در تعادل با یکدیگر قرار میگیرند. ستون جداساز معمولاً شامل چندین سینی است، هرکدام در یک دما و فشار خاص، و در حال تبخیر و در تعادل با فاز بخار هستند. اگرچه تفاوتهایی بین ستونهای تقطیر آزمایشگاهی و صنعتی وجود دارد، اما اساس کار آنها شبیه به یکدیگر میباشد.
انواع روش تقطیر
در ادامه 10 روش تقطیر را برای شما بصورت کامل شرح میدهیم.
تقطیر جزء به جزء
تقطیر جز به جز، یا به نام تقطیر فراکشنال یا افتراقی نیز شناخته میشود، برای کاربردهای خاص مانند تصفیه نفت ایجاد شده است. این روش برای جداسازی مایعاتی که نقاط جوش آنها نزدیک به یکدیگر است، بهخصوص موثر است. در این فرآیند، بخارات حاصله بارها در یک ستون عمودی عایق شده متراکم میشوند و به نوبه خود باعث جدا شدن اجزاء مخلوط از یکدیگر میشوند.
تقطیر با بخار آب
تقطیر با بخار آب اغلب برای جداسازی اجزای حساس به گرما در مخلوطها استفاده میشود. در این روش، بخاری از مخلوط عبور میکند و به مقدار کمی بخار تبدیل میشود، در حالی که گرمای کمتری نیاز دارد. این فرآیند باعث ایجاد سرعت بالای انتقال حرارت میشود. بخار حاصله سپس متراکم میشود تا بتواند ماده مورد نظر را تأمین کند. این روش معمولاً برای به دست آوردن روغنهای اساسی و مواد معطر از گیاهان مختلف استفاده میشود.
تقطیر در خلاء
تقطیر در خلاء به عنوان یک روش موثر برای جداسازی مخلوطهایی با نقاط جوش بسیار بالا شناخته میشود. در این روش، به جای اعمال حرارت با دماهای بالا، فشار محیط کاهش مییابد. این کاهش فشار باعث میشود که مواد در دماهای پایینتری جوش بیایند. زمانی که فشار بخار ماده برابر با فشار اطراف میشود، ماده به بخار تبدیل میشود.
بخارات حاصله سپس متراکم شده و به صورت مایع جمع میشوند. از این روش نیز برای به دست آوردن نمونههای با خلوص بالا از ترکیباتی که در دماهای بالا تجزیه میشوند، استفاده میشود.
تقطیر خلاء حساس به هوا
برای ترکیباتی که حساسیت زیادی به هوا دارند و به راحتی با آن واکنش نشان میدهند، از فرآیند تقطیر در خلاء استفاده میشود. در این فرآیند، مخلوط مایع در فضای خلاء تبخیر میشود تا به راحتی در دمای پایینتر جوش بیاید و بخارات حاصله به صورت مایع جمع میشوند. پس از اتمام فرآیند، فضا باید با گاز بیاثری جایگزین شود تا از واکنش مخلوط با هوا جلوگیری شود. این فرآیند معمولا به عنوان تقطیر خلاء حساس به هوا شناخته میشود.
تقطیر مسیر کوتاه
این روش برای تصفیه مقدار کمی از ترکیباتی که در دمای بالا ناپایدار هستند، مورد استفاده قرار میگیرد. این عمل به فشار کمتری انجام میشود و معمولاً قبل از جمعآوری، مقطر مسافت کوتاهی را طی میکند که به آن مسیر کوتاه نیز معروف است. این کاهش مسافت طی شده در دستگاه باعث کاهش اتلاف ماده در طول دیوارههای دستگاه میشود.
تقطیر منطقه ای
این روش شامل ذوب جزئی ماده و متراکم کردن بخارهای حاصل برای به دست آوردن یک مایع خالص است. در این فرآیند، مواد مختلف توسط بخاری منطقهای در یک ظرف بلند ذوب میشوند. این فرآیند ممکن است بارها و بارها تکرار شود تا ماده مورد نظر به دست آید.
تقطیر واکنشی
در تقطیر واکنشی، از یک راکتور به عنوان تبخیر کننده استفاده میشود و دمای جوش محصول واکنش از دمای جوش واکنشدهندهها بسیار پایینتر است. در این روش، ماده مورد نظر وقتی شروع به تبخیر میکند که سایر واکنشدهندهها هنوز در فاز مایع قرار دارند و بخار حاصله جداسازی میشود.
تقطیر تخریبی
در تقطیر تخریبی، با گرمادهی شدید مواد جامد در غیاب اکسیژن، مواد با نقطه جوش بالا به صورت گاز متصاعد و جداسازی میشوند. این روش میتواند اجازه بدهد تا متانول از چوب به دست آید.
تقطیر ناگهانی
تبخیر ناگهانی یک روش تقطیر است که در آن مخلوط مایع از طریق یک شیر فشارشکن به داخل یک محفظه پراکنده میشود. در این فرآیند، جزء فرارتر به صورت بخار خارج شده و از بالای برج حاصل میشود، در حالی که جزء سنگینتر به صورت مایع از پایین برج خارج میشود. این فرایند تک مرحلهای است و میتواند به صورت پیوسته یا ناپیوسته انجام شود.
تقطیر آزئوتروپی
در برخی موارد، ترکیب مواد با یکدیگر خواص آنها را از یک محلول ایدهآل دور میکند و در این شرایط، قانون رائولت دیگر صادق نیست. در صورتی که یک محلول آزئوتروپ ایجاد شود، ترکیب بدون تغییر در ترکیب درصد میجوشد و تبخیر میشود. برای مثال، اتیل الکل و آب در دمای ۷۸.۲ درجه سانتیگراد یک آزئوتروپ ۹۵ درصد را تشکیل میدهند.
در صورتی که نیاز به خلوص بیشتری از الکل باشد، روشهایی برای شکستن این ترکیب وجود دارد که به آنها تقطیر آزئوتروپیک گفته میشود. این روشها شامل پرش از نقطهی آزئوتروپ با وارد کردن یک مادهی سوم یا تغییر فشار میشود. همچنین، میتوان با استفاده از روشهای دیگر شیمیایی و فیزیکی، ناخالصی را جدا کرد.
برای مثال، برای خالصسازی بیشتر اتانول و رسیدن به خلوص بالای ۹۵ درصد، میتوان از عوامل خشککننده مانند پتاسیم کربنات برای جذب آب استفاده کرد.
انواع تقطیر از نظر اجزا
- تقطیر دو جزیی.
- تقطیر چند جزیی.
کاربرد تقطیر چیست؟
تقطیر، یک روش باستانی است که به دوران ۳۰۰۰ سال قبل از میلاد مسیح بازمیگردد و شواهد نشان میدهد که از قرن ۹ میلادی برای تقطیر الکل استفاده شده است. این روش جداسازی، در بسیاری از تکنیکهای تصفیه آب نقش بسزایی دارد. کارخانههای نمکزدایی از این روش برای تصفیه آب دریا و تولید آب آشامیدنی استفاده میکنند. آب مقطر حاصل از این فرآیند، در ساخت باتریهای اسید-سرب و در رطوبتسازهای کم حجم مورد استفاده قرار میگیرد.
همچنین، بسیاری از محصولات تخمیری مانند نوشیدنیهای الکلی با این روش تصفیه میشوند. عطرها و طعمدهندههای گیاهی نیز از این طریق تولید میشوند.
تقطیر به ثبات نفت نیز کمک میکند؛ زیرا فشار بخار نفت خام را کاهش میدهد و ذخیرهسازی و حمل و نقل ایمنتری را فراهم میکند. همچنین، با استفاده از فرآیند تقطیر برودتی، هوا به نیتروژن، اکسیژن و آرگون تفکیک میشود. این فرآیند در مقیاس صنعتی نیز برای تصفیه محصولات مایع حاصل از سنتز شیمیایی مورد استفاده قرار میگیرد.
تقطیر، روشی جهت استخراج اسانس از گیاهان دارویی و معطر
روش تقطیر یکی از روشهای مورد استفاده برای استخراج اسانس است که به مدت طولانی استفاده میشده و در آن، مایع به ترکیباتی که نقطه جوش متفاوت دارند، تقسیم میشود. این روش نسبتاً ساده است و میتوان آن را در مناطق روستایی نیز به کار برد.
تقطیر با آب از قدیمیترین و ارزانترین روشهای تقطیر است و طراحی و ساخت آن ساده و با هزینه کمتری امکانپذیر است. معمولاً این روش برای استخراج اسانس از مواد خشک یا پودر شده گیاهی، مانند ادویههای پودر شده یا پوست درخت دارچین، گلهایی مانند گل محمدی، و اندامهایی که بسیار سخت و محکم هستند، استفاده میشود.
خرید آنلاین مواد شیمیایی
برای خرید آنلاین مواد اولیه شیمیایی باکیفیت از شرکت بازرگانی پیلار تجارت، کافیست که با کارشناسان پیلار تجارت تماس حاصل نمایید. شرکت پیلار تجارت یکی از بزرگترین واردکنندگان محصولات و مواد شیمیایی از جمله ایزوپروپیل الکل، سرب مایع و صدها مواد اولیه شیمیایی دیگر است. در ضمن اگر نیاز به مشاوره رایگان در زمینه محصولات شیمیایی دارید هم اکنون میتوانید با کارشناسان ما تماس بگیرید و از مشاوره رایگان شرکت پیلار تجارت بهره مند شوید.
سوالات متداول
تقطیر آب چگونه انجام میشود؟
این روش، یکی از روشهای تصفیه آب است که با استفاده از حرارت، آب را به بخار تبدیل میکند و آلودگیهای آب را جدا میکند. آب تصفیه نشده را گرم میکنند تا به بخار برسد و بعد از آن بخار را جمعآوری و به مایع تبدیل میکنند. این فرآیند علاوه بر حذف آلودگیها، مولکولهای آب را از ارگانیسمهای میکروسکوپی جدا میکند. سپس بخار تشکیل شده را به مایع تبدیل کرده و آب تصفیه شده را به دست میآورند.
تقطیر ساده با جزء یه جزء چه تفاوتی دارند؟
در تقطیر ساده، هدف اصلی جداسازی یک مایع از یک مخلوط است که در آن حل شده است. این مایع، دارای نقطه جوش کمتری نسبت به سایر اجزا است. مادهای که نقطه جوش کمتری دارد، بهوسیله حرارت به بخار تبدیل شده و سپس در یک مرحله سرد و مایع شده و جدا میشود. اما در تقطیر جز به جز، هدف جداسازی چندین جز از یک مخلوط است. این جزها به تدریج با اعمال حرارت به بخار تبدیل میشوند و در برجی به بالا میروند. با کاهش دما، به مایع تبدیل شده و جدا میشوند.
تقطیر مداوم چیست؟
استفاده از تقطیر مداوم در تمام عملیات پالایش نفت به دلیل اقتصادی بودن امری رایج و متداول است. در این روش، برای یک نوع خوراک خاص و برشهای تعیین شده، شرایط عملیاتی ثابت بکار گرفته میشود. این کار باعث کاهش نیاز به مراقبت و نیروی انسانی در مقایسه با تقطیر نوبتی میشود. از طریق تقطیر مداوم در پالایشگاهها، موادی از جمله گاز اتان و متان به عنوان سوخت پالایشگاه، گاز پروپان و بوتان به عنوان گاز مایع و خوراک واحدهای پتروشیمی، بنزین، نفتهای سنگین، حلالها، نفت سفید، سوخت جت سبک و سنگین، نفت گاز، نفت کوره و انواع آسفالتها تولید میشود.
منابع: Distillation