عرق گیری

تقطیر فرایند جداسازی اجزای یا مواد از یک مخلوط مایع با انتخاب جوش و تراکم است. تقطیر ممکن است به طور جدی جدایی کامل (اجزای تقریبا خالص) را به وجود آورد یا ممکن است یک جدایی جزئی باشد که غلظت اجزای انتخاب شده مخلوط را افزایش دهد. در هر دو مورد، فرایند از تفاوت در نوسانات اجزای مخلوط بهره می گیرد. در شیمی صنعتی، تقطیر عمل واحد عملا اهمیت جهانی است، اما این فرآیند جدایی فیزیکی است و نه واکنش شیمیایی.
تقطیر دارای بسیاری از برنامه های کاربردی است. مثلا:
تقطیر از محصولات تخمیر شده، نوشیدنی های دندانی را با مقدار زیادی الکل تولید می کند یا از سایر محصولات تخمیری از ارزش تجاری جدا می شود.
تقطیر یک روش مؤثر و سنتی نوشیدن آب است.
در صنایع سوخت فسیلی، تقطیر یک کلاس عمده عملیات در پالایشگاه های نفت برای تبدیل نفت خام به سوخت و مواد خوراکی شیمیایی است.
تقطیر Cryogenic اجازه می دهد تا جداسازی هوا به اجزای آن – به ویژه اکسیژن، نیتروژن و آرگون – برای استفاده صنعتی.
در زمینه شیمی صنعتی، مقادیر زیادی از محصولات مایع خام سنتز شیمیایی برای جدا کردن آنها از سایر محصولات یا از ناخالصی ها یا از مواد غیر واکنشی آغاز می شود.
نصب و راه اندازی برای تقطیر، به خصوص نوشیدنی های تقطیر، یک کارخانه تقطیر است. تجهیزات تقطیر هنوز هم وجود دارد
تقطیر تقریبا می تواند به چهار گروه تقسیم شود: مقیاس آزمایشگاهی، تقطیر صنعتی، تقطیر گیاهان برای عطر و ادویه ها (تقطیر گیاهی) و پردازش مواد غذایی. دو مورد متفاوت از دو مورد قبلی در پردازش نوشیدنی ها و گیاهان هستند، تقطیر به عنوان یک روش تصفیه واقعی استفاده نمی شود، بلکه بیشتر برای انتقال تمام فرار از مواد اولیه به تقطیر.
تفاوت عمده بین تقطیر آزمایشگاهی و تقطیر صنعتی این است که تقطیر تقریبی آزمایشگاهی اغلب به صورت دسته ای انجام می شود، در حالی که تقطیر صنعتی اغلب به طور مداوم اتفاق می افتد. در تقطیر دسته ای، ترکیب مواد منبع، بخارات ترکیبات تقطیر و تقطیر در طول تقطیر تغییر می کند. در تقطیر دسته ای، هنوز هم با یک دسته از مخلوط تغذیه شارژ (عرضه می شود)، که سپس به قطعات مشتق شده آن متصل می شود که به ترتیب از بیشترین فرار به کمتر فرار جمع آوری می شوند، با پایین (کمترین یا کم فرنی باقی مانده) در پایان. پس از آن می تواند دوباره شارژ شود و روند تکرار شود.
در تقطیر مداوم، مواد اولیه، بخار و تقطیر با استفاده از دقت پر کردن مواد اولیه و حذف قطعات از دو بخار و مایع در سیستم، با ترکیب ثابت نگهداری می شود. این نتیجه کنترل دقیق تر فرآیند جداسازی می شود.
نقطه جوش یک مایع دما است که در آن فشار بخار مایع برابر با فشار در اطراف مایع است و حباب ها را بدون خرد شدن می توان شکل داد. یک مورد ویژه نقطه جوش طبیعی است، جایی که فشار بخار مایع برابر با فشار جو محیطی است.
این یک تصور غلط رایج است که در مخلوط مایع در یک فشار معین، هر جزء در نقطه جوش مطابق فشار داده شده جوش می کند و بخارات هر مولکول جداگانه و صرفا جمع می شود. با این حال، این حتی در یک سیستم ایده آل نیز رخ نمی دهد. مدل های ایده آل شده تقطیر اساسا توسط قانون راولت و قانون دالتون اداره می شود و فرض می شود که تعادل بخار و مایع به دست می آید.
قانون Raoult می گوید که فشار بخار یک راه حل وابسته به ۱) فشار بخار از هر مولفه شیمیایی در محلول و ۲) کسری از محلول هر یک از اجزای تشکیل دهنده a.k.a. مول کسر است. این قانون در مورد راه حل های ایده آل و یا راه حل هایی که اجزای متفاوتی دارد ولی در تعاملات مولکولی مشابه یا بسیار شبیه به راه حل های خالص است.
قانون دالتون بیان می کند که فشار کلی مجموع فشارهای جزئی هر یک از اجزای فرد در مخلوط است. هنگامی که یک مایع چند جزء گرم می شود، فشار بخار هر مولکول افزایش می یابد، در نتیجه فشار کل بخار افزایش می یابد. هنگامی که کل فشار بخار به فشار در اطراف مایع منجر می شود، جوش اتفاق می افتد و مایع در طول قسمت عمده مایع به گاز تبدیل می شود. توجه داشته باشید که مخلوط با یک ترکیب خاص دارای یک نقطه جوش در یک فشار معین است، زمانی که اجزاء به طور متقابل حل می شوند. ترکیبی از ترکیب ثابت دارای نقاط جوش چندگانه نیست.
یک نتیجه از یک نقطه جوش این است که اجزای سبک تر هرگز پاک نمی شوند “ابتدا جوشانید”. در نقطه جوش، تمام اجزای فرار جوش می دهند، اما برای یک جزء، درصد آن در بخار همان درصد آن از کل فشار بخار است. اجزای سبک تر دارای فشار جزئی بیشتری هستند و بنابراین در بخار متمرکز می شوند، اما اجزای فرار سنگین تر نیز فشار جزئیتری دارند و لزوما تبخیر می شوند، گرچه کمتر در بخار متمرکز می شوند. در واقع، تقطیر و تقسیم بندی دسته ای با تغییر ترکیب ترکیب مخلوط می شود. در تقطیر دسته ای، دسته بخار می شود، که ترکیب آن را تغییر می دهد؛ در تقسیم بندی، مایع بالاتر در ستون تقسیم بندی شامل چراغ های بیشتر و جوش در دماهای پایین. بنابراین، با شروع از یک مخلوط خاص، به نظر می رسد که به جای نقطه ی جوش یک جوش جوش وجود داشته باشد، اگرچه این به این دلیل است که ترکیب آن تغییر می کند: هر مخلوط میانی دارای نقطه ی مخصوص و جوش است.
مدل ایده آل در مورد مایعات مشابه شیمیایی مانند بنزن و تولوئن دقیق است. در موارد دیگر، انحرافات شدید از قانون راول و قانون دالتون مشاهده می شود، که بیشتر در ترکیب اتانول و آب دیده می شود. این ترکیبات وقتی با هم گرم می شوند، ایزوتروپ را تشکیل می دهند،
مقاله اصلی: تقطیر مداوم
تقطیر مداوم تقطیر مداوم است که در آن مخلوط مایع به طور مداوم (بدون وقفه) به فرایند وارد می شود و قطعات جدا شده به طور مداوم به عنوان جریان خروجی در طول زمان در طول عملیات رخ می دهد. تقطیر مداوم حداقل دو بخش خروجی را تولید می کند، از جمله حداقل یک کسر تقطیر فرار، که آب پز شده و به صورت جداگانه به عنوان یک بخار گرفته شده است، و سپس به مایع تبدیل می شود. همیشه یک قسمت پایین (یا باقیمانده) وجود دارد که بقایای کمتر فرار است که به صورت جداگانه به عنوان بخار چگالشده به دست نیامده است.
تقطیر مداوم از تقطیر دسته ای با توجه به اینکه غلظت ها نباید در طول زمان تغییر کند، متفاوت است. تقطیر مداوم می تواند در یک حالت پایدار برای مقدار دلخواه زمانی اجرا شود. برای هر مواد منبعی ترکیب خاص، متغیرهای اصلی که بر خلوص محصولات در تقطیر مداوم تأثیر می گذارند، نسبت رفلکس و تعداد مراحل تعادلی نظری است که در عمل بر اساس تعداد سینی یا ارتفاع بسته بندی تعیین می شود. رفلکس یک جریان از کندانسور به ستون است، که تولید کننده یک بازیافت است که اجازه می دهد تا جدایی بهتر با تعداد داده شده از سینی. مراحل تعادل مراحل ایده آل هستند که ترکیبات به دست می آورند تعادل بخار و مایع، تکرار فرایند جداسازی و اجازه می دهد جدایی بهتر با توجه به نسبت رفلکس. ستون با نسبت رفلکس بالا می تواند مراحل کمتری داشته باشد، اما مقدار زیادی از مایع را رفلکس می کند و یک ستون وسیع با یک مخزن بزرگ ایجاد می کند. برعکس، یک ستون با نسبت رفلکس کم باید تعداد زیادی از مراحل داشته باشد، بنابراین نیاز به یک ستون بلندتر است.
هر دو تقطیر دسته ای و مداوم می تواند با استفاده از یک ستون تقطیر در بالای فلاسک تقطیر بهبود یابد. ستون جداسازی را با فراهم آوردن یک سطح بزرگتر برای بخار و مایعات برای رسیدن به تماس بهبود می بخشد. این به آن کمک می کند تا تا زمانی که ممکن است در تعادل باقی بماند. ستون حتی می تواند از زیر سیستم های کوچک (سینی ها و یا ظروف) تشکیل شده باشد که همه آنها شامل یک مخلوط مایع غنی شده و جوش است که همه با تعادل بخار و مایع خود می باشند.
بین مقادیر آزمایشگاهی و ستون های تقسیم بندی در مقیاس صنعتی اختلاف وجود دارد، اما اصول یکسان هستند. نمونه هایی از ستون های تقسیم بندی در مقیاس آزمایشگاهی (در افزایش بهره وری) شامل
کندانسور هوا
ستون Vigreux (معمولا فقط در مقیاس آزمایشگاهی)
ستون بسته بندی (بسته بندی شده با مهره های شیشه ای، قطعات فلزی یا سایر مواد شیمیایی غیر مستقیم)
سیستم تقطیر باند ریسندگی.
مقیاس آزمایشگاهی تقریبا به طور انحصاری به عنوان تقطیر دسته ای اجرا می شود. دستگاهی که در تقطیر استفاده می شود، گاهی اوقات به عنوان یک اصطلاح نامیده می شود، شامل حداقل یک reboiler یا گلدان است که در آن مواد منبع گرم می شود، یک کندانسور که در آن بخار گرم به حالت مایع خنک می شود و یک گیرنده که در آن مایع متمرکز یا خالص، به نام تقطیر، جمع آوری می شود. چند روش آزمایشگاهی برای تقطیر وجود دارد (همچنین انواع تقطیر را ببینید).
تقطیر ساده

در تقطیر ساده، بخار بلافاصله به یک کندانسور هدایت می شود. در نتیجه، تقطیر خالص نیست، بلکه ترکیب آن یکسان است با ترکیب بخارات در دمای و فشار داده شده. این تمرکز به دنبال قانون رائول است.
در نتیجه، تقطیر ساده تنها زمانی اثر می گذارد که نقاط جوش مایع به طور قابل توجهی متفاوت باشند (رعایت شستی ۲۵ درجه سانتیگراد) [۲۴] یا هنگام جداسازی مایعات از مواد جامد یا روغن های غیر فرار. برای این موارد، فشار بخار اجزاء معمولا به اندازه کافی متفاوت است که تقطیر ممکن است به اندازه کافی خالص برای هدف مورد نظر باشد.
تقطیر جزئی
برای بسیاری از موارد، نقاط جوش اجزای مخلوط به اندازه کافی نزدیک است که قانون Raoult باید مورد توجه قرار گیرد. بنابراین، تقطیر تقطیر باید به منظور جدا کردن اجزای توسط چرخه تبخیر مکرر مایع در داخل یک ستون تقطیر بسته بندی شده استفاده شود. این تفکیک، توسط تقطیر های متوالی، نیز به عنوان اصلاح اشاره می شود
همانطور که محلول خالصی گرم می شود، بخارات آن به ستون تقسیم می شوند. همانطور که بالا می رود، آن را سرد می کند، بر روی دیواره های کندانسور و سطوح مواد بسته بندی کنسانتره. در اینجا، میعانات گازی با افزایش بخار گرم افزایش می یابد؛ آن را یک بار دیگر تبخیر می کند. با این حال، ترکیب بخارات تازه توسط قانون Raoult یکبار دیگر مشخص می شود. هر چرخه تضعیف تبخیر (به نام یک صفحه تئوری) یک راه حل خالص از مولفه فرار را تولید می کند. [۲۶] در واقعیت، هر چرخه در یک دمای معین دقیقا همان موقعیت در ستون تقسیم کننده رخ نمی دهد؛ بدین ترتیب، تئوری یک مفهوم است و نه توصیف دقیق.
صفحات تئوری بیشتر منجر به جداسازی بهتر می شود. یک سیستم تقطیر چرخشی با استفاده از یک باند رشته ای از تفلون یا فلز به منظور جابجایی بخارات افزایش در تماس نزدیک با نزولی تراکم، افزایش تعداد صفحات نظری. [۲۷]

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

Want to join the discussion?
Feel free to contribute!

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *