ما هو التقطير؟ هذه هي عملية تحويل السائل إلى بخار ، ثم يتكثف مرة أخرى إلى شكل سائل. أبسط مثال على ذلك هو تقطير الماء ، حيث يتم ترسيب البخار من الغلاية كقطرات على سطح بارد.
التطبيق والتاريخ
التقطير يستخدم لفصل السوائل عن المواد الصلبة غير المتطايرة ، كما في تقطير المشروبات الروحية من المواد المخمرة ، أو لفصل سائلين أو أكثر بنقاط غليان مختلفة ، كما هو الحال في صناعة البنزين ، والكيروسين ، ومواد التشحيم من البترول. تشمل التطبيقات الصناعية الأخرى معالجة المواد الكيميائية مثل الفورمالديهايد والفينول وتحلية مياه البحر.
ربما استخدم المجربون القدامى عملية التقطير. ذكر أرسطو (384-322 قبل الميلاد) أنه يمكن الحصول على الماء النقي عن طريق تبخير مياه البحر. وصف بليني الأكبر (23-79 م) طريقة بدائية للتكثيف يتم فيها جمع الزيت الناتج عن تسخين الصنوبري على صوف يوضع فوقالانبيق
تقطير بسيط
معظم طرق التقطير المستخدمة في الصناعة والبحوث المختبرية هي اختلافات في التقطير البسيط. تستخدم هذه التقنية الأساسية مكعبًا أو معوجة يتم فيها تسخين السائل ، ومكثفًا لتبريد البخار ، ووعاءً لجمع ناتج التقطير. عندما يتم تسخين خليط من المواد ، يتم تقطير أكثرها تطايرًا ، أو الذي يحتوي على أقل نقطة غليان ، أولاً ، ثم يتم تقطير المواد الأخرى أو عدم تقطيرها على الإطلاق. هذا الجهاز البسيط ممتاز لتنقية السوائل التي تحتوي على مكونات غير متطايرة ، وهو فعال جدًا في فصل المواد بنقاط غليان مختلفة. للاستخدام المختبري ، عادةً ما تكون أجزاء الجهاز مصنوعة من الزجاج ومتصلة بسدادات أو خراطيم مطاطية أو أنابيب زجاجية. على المستوى الصناعي ، المعدات مصنوعة من المعدن أو السيراميك.
التقطير التجزيئي
تم تطوير طريقة تسمى التقطير التجزيئي أو التفاضلي لتكرير الزيت لأن التقطير البسيط لفصل السوائل التي تختلف نقاط غليانها قليلاً غير فعال. في هذه الحالة ، تتكثف الأبخرة بشكل متكرر وتتبخر في حاوية عمودية معزولة. يتم لعب دور خاص هنا بواسطة أجهزة البخار الجافة ، والأعمدة الكسرية والمكثفات ، والتي تسمح بإعادة بعض المكثفات إلى مكانها. الهدف هو تحقيق اتصال وثيق بين المراحل المختلفة الصاعدة للخليط بحيثوصلت فقط الأجزاء الأكثر تطايرًا في شكل بخار إلى جهاز الاستقبال ، وعاد الباقي في شكل سائل باتجاه المكعب. يسمى تنقية المكونات المتطايرة نتيجة التلامس بين هذه التيارات المضادة بالتصحيح أو الإثراء.
التقطير المتعدد
تسمى هذه الطريقة أيضًا بالتبخير الوميضي متعدد المراحل. هذا نوع آخر من التقطير البسيط. يتم استخدامه ، على سبيل المثال ، لتقطير المياه في محطات تحلية المياه التجارية الكبيرة. لا يتطلب تحويل السائل إلى بخار تسخين. إنه يتدفق ببساطة من حاوية ذات ضغط جوي مرتفع إلى حاوية ذات ضغط منخفض. وهذا يؤدي إلى تبخر سريع مصحوب بتكثيف البخار وتحويله إلى سائل.
التقطير الفراغي
يستخدم أحد أشكال عملية الضغط المنخفض مضخة تفريغ لإنشاء فراغ. هذه الطريقة ، التي تسمى "التقطير الفراغي" ، تستخدم أحيانًا مع المواد التي تغلي عادة في درجات حرارة عالية أو تتحلل عند غليها في الظروف العادية.
مضخات التفريغ تخلق ضغطًا في العمود ، وهو أقل بكثير من الضغط الجوي. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام منظمات الفراغ. يعد التحكم الدقيق في المعلمات أمرًا مهمًا للغاية لأن كفاءة الفصل تعتمد على الاختلاف في التقلب النسبي عند درجة حرارة وضغط معينين. قد يؤثر تغيير هذا الإعداد سلبًا على تقدم العملية.
التقطير الفراغي معروف جيدا في المصافي. طرق التقطير التقليدية منفصلةالهيدروكربونات الخفيفة والشوائب من الهيدروكربونات الثقيلة. المنتج المتبقي يخضع للتقطير الفراغي. هذا يجعل من الممكن فصل الهيدروكربونات عالية الغليان مثل الزيوت والشموع في درجات حرارة منخفضة. تستخدم الطريقة أيضًا في فصل المواد الكيميائية العضوية الحساسة للحرارة وفي استرجاع المذيبات العضوية.
ما هو التقطير بالبخار؟
التقطير بالبخار هو طريقة تقطير بديلة عند درجات حرارة أقل من نقطة الغليان العادية. يتم استخدامه عندما تكون المادة المقطرة غير قابلة للامتزاج ولا تتفاعل كيميائيًا مع الماء. ومن أمثلة هذه المواد الأحماض الدهنية وزيت فول الصويا. أثناء التقطير ، يتم إدخال البخار في السائل ، مما يؤدي إلى تسخينه ويسبب التبخر.
التقطير في عمود معبأ
على الرغم من أن الأعمدة المعبأة تستخدم غالبًا للامتصاص ، إلا أنها تستخدم أيضًا لتقطير مخاليط البخار والسائل. يوفر هذا التصميم مساحة سطح تلامس كبيرة ، مما يزيد من كفاءة النظام. اسم آخر لمثل هذا الهيكل هو عمود التقطير.
مبدأ العملية على النحو التالي. يتم تغذية الخليط الخام للمكونات ذات التقلبات المختلفة إلى مركز العمود. يتدفق السائل عبر الفوهة ويتحرك البخار لأعلى. يدخل الخليط الموجود في قاع الخزان إلى جهاز التسخين المسبق ويخرج بالبخار. يندفع الغاز من خلال التعبئة ، ويلتقط أكثر مكونات السائل تطايرًا ، ويخرج من العمود ويدخل المكثف. بعد التسييل يدخل المنتجفي مجمع البلغم ، حيث يتم فصله إلى ناتج التقطير وجزء يستخدم للري.
تركيزات مختلفة تؤدي إلى انتقال مكونات أقل تطايرًا من طور البخار إلى الطور السائل. تعمل الفوهة على زيادة مدة ومساحة التلامس ، مما يزيد من كفاءة الفصل. عند المخرج ، يحتوي البخار على أقصى قدر من المكونات المتطايرة ، بينما يكون تركيزها في السائل ضئيلاً.
يتم تعبئة الفوهات بكميات كبيرة وحزم. يمكن أن يكون شكل الحشو عشوائيًا أو منظمًا هندسيًا. وهي مصنوعة من مادة خاملة مثل الطين أو الخزف أو البلاستيك أو السيراميك أو المعدن أو الجرافيت. عادة ما يكون للحشو أبعاد من 3 إلى 75 مم وله مساحة سطح كبيرة ملامسة لخليط السائل البخاري. تتميز التعبئة السائبة بإنتاجية عالية ومقاومة عالية للضغط وتكلفة منخفضة.
الحشوات المعدنية لديها قوة عالية وقابلية جيدة للبلل. تتمتع السيراميك بقدرة أعلى على التبلل ، لكنها ليست قوية. البلاستيك قوي بما فيه الكفاية ، لكن لا يبلل جيدًا عند معدلات التدفق المنخفضة. نظرًا لأن حشوات السيراميك مقاومة للتآكل ، يتم استخدامها في درجات حرارة مرتفعة لا يستطيع البلاستيك تحملها.
فتحات العبوة عبارة عن شبكة منظمة ، تتوافق أبعادها مع قطر العمود. يوفر قنوات طويلة لتدفق السائل والبخار. إنها أغلى ثمناً ، لكنها تسمح لك بتقليل انخفاض الضغط.تُفضل فوهات الحزم بمعدلات تدفق منخفضة وتحت ظروف ضغط منخفض. عادة ما تكون مصنوعة من الخشب أو الصفائح المعدنية أو شبكة منسوجة.
تستخدم في استرداد المذيبات والصناعات البتروكيماوية.
التقطير في عمود التقطير
نوع العمود الأكثر استخدامًا. يعتمد عدد اللوحات على درجة النقاء المطلوبة وتعقيد الفصل. يؤثر على ارتفاع عمود التقطير
مبدأ عملها على النحو التالي. يتم تغذية الخليط في منتصف ارتفاع العمود. يؤدي الاختلاف في التركيز إلى انتقال المكونات الأقل تطايرًا من تيار البخار إلى تيار السائل. يحتوي الغاز الخارج من المكثف على أكثر المواد تطايرًا ، بينما تخرج المواد الأقل تطايرًا عبر السخان إلى تيار السائل.
تؤثر هندسة الصفائح في العمود على درجة ونوع الاتصال بين حالات الطور المختلفة للخليط. من الناحية الهيكلية ، فهي عبارة عن غربال ، وصمام ، وغطاء ، وشبكة شبكية ، وشلال ، إلخ. صواني الغربال ، التي بها ثقوب للبخار ، تستخدم لتوفير أداء عالي بتكلفة منخفضة. صواني الصمامات الأرخص ثمناً ، حيث يتم تزويد الفتحات بصمامات الفتح والإغلاق ، تكون عرضة للانسداد بسبب تراكم المواد. الأغطية مزودة بأغطية تسمح للبخار بالمرور عبر السائل من خلال ثقوب صغيرة. هذه هي التقنية الأكثر تقدمًا والأكثر تكلفة ، وهي فعالة في معدلات التدفق المنخفضة.يتدفق السائل من صينية إلى أخرى أسفل أنابيب الصرف الرأسية.
تُستخدم أعمدة الجدول غالبًا لاستعادة المذيبات من نفايات العملية. كما أنها تستخدم لاستعادة الميثانول في عملية التجفيف. يخرج الماء كمنتج سائل ، وتدخل النفايات العضوية المتطايرة في مرحلة البخار. هذا ما هو التقطير في عمود التقطير
التقطير المبرد
التقطير المبرد هو تطبيق طرق التقطير العامة للغازات المبردة إلى الحالة السائلة. يعمل النظام في درجات حرارة تقل عن -150 درجة مئوية. لهذا ، يتم استخدام المبادلات الحرارية والملفات. الهيكل كله يسمى كتلة مبردة. تدخل الغازات المسالة إلى الوحدة ويتم تقطيرها في درجات حرارة منخفضة للغاية. يمكن تعبئة وتغليف أعمدة التقطير المبردة. يُفضل تصميم الدُفعات لأن المواد السائبة تكون أقل فعالية في درجات الحرارة المنخفضة.
أحد التطبيقات الرئيسية للتقطير المبرد هو فصل الهواء إلى الغازات المكونة له.
التقطير الاستخراجي
يستخدم التقطير الاستخراجي مركبات إضافية تعمل كمذيب لتغيير التقلب النسبي لأحد مكونات الخليط. في عمود الاستخلاص ، يضاف مذيب إلى المواد المراد فصلها. يتحد مكون تيار التغذية المراد استعادته مع المذيب ويخرج في الطور السائل. يتبخر المكون الآخر ويذهب إلى ناتج التقطير. التشغيل الثاني إلىيسمح عمود آخر بفصل المادة عن المذيب ، والتي تعود بعد ذلك إلى المرحلة السابقة لتكرار الدورة.
التقطير الاستخراجي يستخدم لفصل المركبات ذات نقاط الغليان القريبة والخلائط الأيزوتروبية. التقطير الاستخراجي ليس منتشرًا في الصناعة مثل التقطير التقليدي بسبب تعقيد التصميم. مثال على ذلك هو عملية الحصول على السليلوز. المذيب العضوي يفصل السليلوز عن اللجنين ، والتقطير الثاني ينتج مادة نقية.
