تقطیرروشی برای جداسازی مواد شیمیائی براساس تفاوت های بین آنها ازنظرعمل تبخیردرترکیب نقطه جوش مواد است. تقطیرتشکیل
دهنده یک مرحله بزرگ تر شیمیائی است و بنابراین به یک عمل واحد اشاره می کند. ازنظرتجاری تقطیرکاربردهای فراوانی دارد. این امربرای جداسازی نفت خام به ترکیباتش برای کاربردهای خاص مانند : حمل و نقل ، تولیدنیرو(برق) و گرما است. آب درجهت جداسازی ناخالصی های آن تقطیرمی کنیم این ناخالصی ها شامل : نمک ازآب دریا است. هوا مورد تقطیرقرارمی گیرد که درجهت جداسازی ترکیبات آن است .
معمولاً اکسیژن ، نیتروژن و آرگون برای کاربرد درمصارف صنعتی است. هم چنین تقطیرحل شده های تخمیرشده نیزمورد استفاده قرارمی گیرد که ازگذشته های دوربرای تولید آشامیدنی های تقطیری با میزان الکل زیاد کاربرد داشته است.
مفاهیم
1- تاریخچه
2- کاربردهای تقطیر
3- مدل ایده ال (مطلوب) تقطیر
1-3- تقطیردسته ای(گروهی)
2-3- تقطیرمداوم
3-3- بهبودهای کلی
4- تقطیردرمقیاس آزمایشگاهی
1-4- تقطیرساده
2-4- تقطیرتکه تکه اجزاء
3-4- تقطیربخار
4-4- تقطیرخلأ
5-4- تقطیرخلأحساس به هوا
6-4- تقطیرکوتاه مدت ( مسیر)
7-4- انواع دیگر
5- تقطیرایزوتوپ ها
1-5- شکستن ایزوتوپ با فشاریک جانبه
2-5- تقطیرحرکت( گریز) فشار
6- تقطیرصنعتی
7- تقطیردرتولید موادغذائی
1-7- تقطیرآشامیدنی ها
8- منابع
9- ارتباطات خارجی
10- مجموعه
تاریخچه
اولین روش ها و مراحل تقطیرخالص برای تولید مواد خالص شیمیائی توسط شیمیدانان مسلمان عرب برای مصارف واهداف صنعتی انجام شد،مانند: جداسازی عطرهای طبیعی و تولید الکل خاص بود. اگرچه، اشکال جدید تقطیردرحدود 2میلیون سال قبل ازمیلاد مسیح توسط کیمیاگران شهربابل دربین النهرین شناخته شد.
بعد ازتقطیرتوسط کیمیاگران یونانی درقرن یکم میلادی شناخته شد و توسعه های بعدی ازتقطیردرمقیاس عظیم درپاسخ به درخواست های مشروبات الکلی اتفاق افتاد.اسکندراولین دستگاه تقطیررااختراع کرد و اولین توضیحات دقیق درمورد دستگاه تقطیرتوسط الکساندریا درقرن چهارم داده شد.
درقرن8 شیمی گران مسلمان اولین افرادی بودند که مراحل تقطیرخالص که مواد شیمیائی را کاملاً خالص کند اختراع کردند. درمیان اینها ( عربها ) جبیردرعراق در800سال پیش بودند که تعداد زیادی ازدستگاه های تقطیرومراحل آن رااختراع کردکه هنوزمورد استفاده قرارمی گیرند. به ویژه دستگاه پالشگراولین دستگاه درپاسخ که کاملاً می تواند مواد شیمیائی را خالص کند.
یک دیگ درون یک حباب شیشه ای و طراحی آن به عنوان مدلی برای دستگاه های مدرن درمقیاس بزرگ به کارمی رود. مانند : دستگاه hickman . مواد نفتی برای اولین بارتوسط شیمی گرمسلمان دیگربه نام الاراضی مورد تقطیردرقرن نهم قرارگرفت که برای تولید نفت بود ، درحالی که تقطیربخارتوسط Avicenna در اوایل قرن11 انجام شد که برای تولید مواد نفتی اصلی استفاده شد.
همانطورکه کیمیاگری به علم شیمی تکامل یافت ، مسیرها ( رگ ها ) که قرع نامیده می شد برای تقطیرمورد استفاده قرارگرفت.هم دستگاه تقطیرهم قرع ظروف شیشه ای هستند که لوله بلند که دریک نقطه درگوشه پائین مثلث که به عنوان خنک کننده هوا مورد استفاده قرارمی گیرد که منجربه چکیده شدن قطرات به سمت پائین برای جمع شدن می شود.
بعداً دستگاه مسی اختراع شد. نقاط محکم شده اغلب با استفاده ازترکیبات مختلف محکم می شدبه عنوان مثال خمیری ازآرد گندم سیاه درست می شدکه برای این امرمورد استفاده قرارمی گرفت . اغلب این دستگاه ها یک سیستم خنک کننده داشت که ازآب سرد استفاده می کرد که تغلیظ الکل را برای کارائی بیشترانجام می داد. که اینها دیگ تقطیرنامیده می شدند.
امروزه قرع و دیگ تقطیرتوسط روش های کارامد تقطیردربیشترمراحل صنعتی مورد استفاده قرارمی گیرند . گرچه دیگ تقطیربه طورعمده برای تولید الکل های خوب مانند : کتیاک، ویسکی اسکاتلندی و برخی دیگرازانواع ودکا مورد استفاده قرارمی گیرند. شکل ویژه خاص هردیگ تقطیرموجب می شود که هرالکل طعم خاصی داشته باشد. دیگ تقطیرازموارد مختلفی مانند چوب ، استیل درست شده است که توسط قاچاقچیان مشروبات الکلی درکشورهای مختلف مورد استفاده قرارمی گیرند.
کاربردهای تقطیر
کاربردهای تقطیر را به سختی می توان به 4 گروه تقسیم کرد : مقیاس آزمایشگاهی،تقطیرصنعتی،تقطیرگیاهان برای عطرسازی وداروسازی وپردازش مواد غذائی است.دو نوع آخری ازدونوع اولی مجزاست،که درآن درتقطیرسازی به عنوان روش خالص سازی صحیح مورد استفاده قرارنمی گیرد، تفاوت عمده بین مقیاس آزمایشگاهی و صنعتی این است که درمقیاس صنعتی به صورت دسته ای انجام می شود، درحالی که تقطیرصنعتی اغلب به طورمداوم انجام می شود.
درتقطیرگروهی،ترکیب مواد اصلی، بخارات ترکیبات تقطیری وتغییرات تقطیردرطول تقطیراست. درتقطیرگروهی یک دیگ با دسته ترکیبات تغذیه کننده که سپس به ترکیبات شکننده جدا و تقسیم می شود که به ترتیب ازفرارترین به کم فرار جمع می شود که درانتهای آن یک بطری قراردارد و سپس یک دیگ دوباره قرار دارد و مراحل دوباره تکرارمی شوند. درتقطیرمداوم مواد اصلی و تکه ها ازبخارو مایعات درسیستم جدا و برداشته می شوند. این امرمنجربه کنترل بهترمراحل جداسازی می شود.
مدل مطلوب تقطیر
نقطه جوش یک مایع دمائی است که درآن فشارتبخیرمایع مساوی و یکسان با فشاراطراف مایع است.نقطه جوش عادی یک مایع موردخاصی است که درآن فشار تبخیرمایع مساوی ویکسان با فشارمحیط احاطه کننده است . یک مایع درون ظرفش درفشارپائین ترازفشاراتمسفردردمایی پائین ترازنقطه جوش معمولی به جوش خواهد آمد و یک مایع درون ظرفش درفشاری بالاترازفشاراتمسفردردمایی بالاترازنقطه جوش معمولی به جوش خواهد آمد. به عبارت دیگر، تمام مایعات نقطه جوش محدود دارند. این یک تصورغلط است که درترکیب مایعات درفشاروارده ، هریک ازاجزاء درنقطه جوش مطابق با فشاروارده به جوش می آید وتبخیرهریک ازاجزاء به طورجداگانه و کاملاً جدا جمع می شوند.این،اگرچه حتی درسیستم های ایده آل هم رخ نمی دهد. مدل های ایده آل از تقطیرضرورتاً توسط قانون رالت و قانون دالتون انجام می شوند. قانون رالت اینگونه فرض کرده است که اجزاء تشکیل دهنده فشارتبخیریکی ازترکیب درنسبت به درصد ترکیبش و فشارتبخیرش وقتی که کاملاً خالص است بستگی دارد.اگریک جزء فشارتبخیراجزاء دیگررا تغییردهد و یا درصورتی که فرّاربودن اجزاء بستگی به درصدش درترکیبش داشته باشد، قانون شکسته و نقض خواهد شد. قانون دالتون بیان می کند که نقطه تبخیرکلی ، مجموع نقطه تبخیرهریک از اجزاء ترکیب شده است. زمانی که یک مایع چند جزئی گرما و حرارت داده می شود، فشار( نقطه ) تبخیرهریک ازاجزاء افزایش می یابد، بنابراین باعث افزایش نقطه تبخیرکلی می شود.زمانی که نقطه تبخیرکلی به فشارمحیط دربرگیرنده مایع می رسد، جوش اتفاق می افتد و مایع به گازتبدیل می شود . توجه داشته باشید که ترکیب حاصل شده تنها دارای یک نقطه جوش درفشاروارده است، زمانی که اجزاء به طورچند جانبه قابل حل باشند. مدل مطلوب و ایده آل درمورد شیمی مایعات مشابه ازقبیل بنزن و تولوئن صحیح است. درموارد دیگر، انحراف شدید ازقانون رالت و دالتون قابل مشاده است بیشتراوقات درترکیب اتانول و آب است.اینها با هم ترکیب می شوند، زمانی که با همدیگرحرارت داده شوند و یک ایزتوپ را به وجود می آورند، که درآن نقطه جوش مایع ترکیبی پائین ترازدمای جوش هریک ازمایعات به شکل جداگانه است. واقعاً تمام مایعات ، زمانی که به شکل ترکیبی هستند و حرارت داده می شوند رفتاریک azeotropic یک ایزوتوپ را نشان می دهند.
اگرچه روش های محاسباتی وجود دارد که می توان رفتاراجزاء قراردادی را تخمین زد، تنها راه به دست آوردن تساوی نقطه جوش صحیح ازراه اندازه گیری است. این امکان وجود ندارد که ترکیب اجزائی را کاملاً ازیکدیگرتوسط تقطیر جدا کرد، دراین گونه موارد هریک ازاجزاء درشکل ترکیبی باید فشارخاص صفررا داشته باشند. اگرتولید نهائی خالص هدف ماست، سپس جداسازی شیمیائی بیشتری باید به کارگرفته شود.
تقطیرگروه
حرارت ترکیب ایده ال دو ماده فرارa,b درتقطیرگروهی آغازمی شود تا زمانی که ترکیب به تبخیربالاترازنقطه جوش هرمایع برسد که ترکیب a,b را تشکیل داده است. نسبت بین a,b درتبخیرازنسبت آن درمایع متفاوت خواهد بود: نسبت موجود درمایع توسط اینکه چطور ترکیب اصلی آماده شده است مشخص خواهد شد، درحالی که نسبت موجود درتبخیردرترکیب فرارغنی ترخواهد بود، تبخیرازچالگرعبورخواهد کرد و درسیستم باقی خواهد ماند.این بدان معنی است که نسبت ترکیبات درمایع باقی مانده درحال حاضربا نسبت اولیه متفاوت خواهد بود.نتیجه این گونه است که نسبت درمایع ترکیبی درحال تغییراست ودرجزء b بیشترخواهد شد.اینها عوامل افزایش نقطه جوش هستند ، که درعوض موجب افزایش دما در تبخیرمی شوند که موجب تغییرنسبت a,b درمرحله گازی می شود. این نتایج درتغییرات آرام نسبت b:a درتقطیرشدن است. اگرتغییردرنقطه تبخیربین دو جزء a,b بسیارزیاد باشد ، ترکیب درابتدای تقطیربسیارغنی درجزء a خواهد بود و زمانی که جزء a تقطیرشد،نقطه جوش مایع درجزء b افزایش می یابد.
تقطیرمداوم
درتقطیرمداوم ، مراحل ازموارد بالا متفاوت ترخواهد بود که درآن اجزاء هم ازتبخیرو هم مایع جدا خواهد شد درسرعتی که نسبت ترکیب دو جزء کاملاً با نسبت ترکیب درابتدا یکسان باشد.دراین روش بخارجزء غنی شده a و بخارجزء غنی شده b به دست می آید. علاوه براین، بخارترکیب خام را می توان به ترکیب تقطیربرای دوباره تکمیل کردن ( پرکردن ) مایع اضافه کرد.
بهبودهای کلی
هم تقطیرگروه وهم تقطیرمداوم رامی توان با استفاده ازکسرو کم کردن ستون دربالای بالون تقطیرانجام داد. این ستون موجب بهبود جداسازی ازطریق تهیه یک سطح وسیع تربرای تبخیرو جداسازی برای برخورد فراهم می کند. این امرکمک می کند که این درتساوی تا زمانی که امکان دارد باقی بماند.این ستون حتی می تواند درسیستم های فرعی کوچک هم وجود داشته باشد که تمامی آنها شامل مایع ترکیب غنی شده و جوش است که همه آنها مایع با نقطه تبخیرمساوی دارند.
تفاوت هائی بین مقیاس های آزمایشگاهی و مقیاس های صنعتی درستون اجزاء وجود دارد ، اما اصول یکی است. مثال هائی ازستون اجزاء درافزایش کارائی شامل :
- دستگاه تقطیرهوا
- ستون vigreux
- ستون بسته شده
- سیستم تقطیرگروه
- سیستم نقطیرگروهی چرخشی
تقطیردرمقیاس آزمایشگاهی
تقطیرهای مقیاس آزمایشگاهی تقریباً ، معمولاً به شکل تقطیرگروهی انجام می شود. وسیله ای که درتقطیراستفاده می شود گاهی اوقات still نامیده می شود که حداقل شامل یک ظرف است که درآن ماده منبع حرارت داده می شود ، یک چگالگرکه درآن حرارت تبخیربرای برگشت به حالت مایع سرد می شود و دریافت کننده که درآن مایع خالص شده که تقطیرشدن نامیده می شود. چندین تکنیک مقیاس آزمایشگاهی برای تقطیروجود دارد.
تقطیرساده
درتقطیرساده تمام تبخیرها ( بخارهای داغ ) به سرعت به دستگاه چگالشگر منتقل می شود که بخارها راخنک وتقطیرمی کند بنابراین، تقطیرکردن کاملاً خالص نخواهد بود . ترکیب آن یکسان خواهد ماند البته دردما وفشاروارده و می توان طبق قانون رالت حساب کرد. درنتیجه تقطیرساده معمولاً تنها برای جدا سازی مایعات که نقاط جوش آنها به طورعمده ای تغییرمی کند ویا جداسازی مایعات ازمایعات ویا نفت است مورد استفاده قرارمی گیرد. برای اینگونه موارد ، نقطه تبخیراجزاء معمولاً به طورقابل ملاحظه ای متفاوت است که قانون رالت نادیده گرفته می شود زیرا به دلیل توزیع بی اهمیت اجزاء کم فراراست. دراینگونه موارد تقطیرممکن است کاملاً خالص برای هدف مد نظرباشد.
تقطیرناچیز
برای بسیاری ازموارد، نقطه جوش اجزاء درترکیب به اندازه کافی نزدیک است که قانون رالت باید مورد توجه قرارگیرد. بنابراین تقطیرناچیزباید مورد استفاده قرارگیرد به خاطراینکه اجزاء را ازهم ازطریق چرخه های تبخیرتکراری دردرون ستون تقطیرجدا کرد.
به عنوان راهکاربرای خالص کردن باید حرارت دهیم ، و بخارهای آن به ستون تقطیرانتقال می یابد. وقتی این منتقل می شود سپس خنک می شود، و در دیوارهای چگالشگرتقطیرمی شوند. دراینجا ، تقطیرادامه می یابد تا ازطریق افزایش دمای تبخیرحرارت داده شود و یک باردیگربخارمی شود.
اگرچه ، ترکیب بخارهای تازه دوباره ازطریق قانون رالت مشخص خواهد شد. هریک ازچرخه های تقطیر- تبخیریک راهکارخالص برای اجزاء بسیارفرار ارائه می دهد. درواقع ، هرچرخه دردمای داده شده دقیقاً همانند وضعیت درستون تقطیررخ نمی دهد، بنابراین صفحه فرضی یک مفهوم است ونه یک توصیف دقیق.
صفحه های تئوریک بیشترمنجربه جداسازی بهترمی شود. سیستم تقطیرگروه چرخشی ازگروه چرخشی تفلون و یا فلزبرای اجباربخاربلند شده به ارتباط نزدیک تربا تقطیرگرپائین تربرخورد کند استفاده می کند که موجب افزایش شمارصفحه های تئوریک می شود.
تقطیربخار
همانند تقطیرخلأ ، تقطیربخاریک روش برای تقطیراجزاء است که زود حرارت داده می شود. این مراحل شامل استفاده ازبخارحباب ازطریق حرارت ترکیب ازمواد خام است با استفاده ازقانون رالت،برخی ازترکیب های هدف بخار خواهند شد.ترکیب بخارخنک و تقطیرمی شود، معمولاً یک لایه ازنفت و یک لایه ازآب را ارائه می دهد. تقطیربخارگیاهان یکساله معطرمتفاوت و گلها منجربه تولید دو نوع ماده می شود که شامل ماده نفتی خاص وتقطیرآبی گیاهان یکساله است.
مواد نفتی خاص اغلب درعطرسازی و تولید مواد خوشبو کاربرد دارد درحالی که تقطیرآبی کاربرد فراوانی درعطرسازی ، پردازش غذا و حفاظت ازپوست دارد.
تقطیرخلأ
برخی ترکیبات دارای نقطه جوش بسیاربالائی هستند. برای جوشاندن اینگونه ترکیبات ، اغلب بهتراست که فشاررا که درآن اینگونه ترکیبات به جوش می آیند را کاهش دهیم به جای اینکه دما را افزایش دهیم.
زمانی که فشاررا تا نقطه جوش اجزاء کاهش دادیم ، جوشاندن و بقیه مراحل تقطیررا می توان آغازکرد. این تکنیک به تقطیرخلأ اشاره می کند و معمولاً درآزمایشگاه به شکل تبخیرکننده دواردرمی آید. این تکنیک برای ترکیباتی که جوشاندن فراترازدمای ترکیبات درفشاراتمسفراست بسیارسودمند است که بنابراین ازطریق هرنوع تلاش برای جوشاندن آنها تحت فشاراتمسفرتجزیه خواهد شد.
تقطیرحساس هوا درخلأ
برخی ترکیبات نقطه جوش بالائی دارندوهم چنین به هواحساس اند. یک سیستم تقطیرخلأ ساده همانطورکه دربالا نام برده شد را می توان مورد استفاده قرارداد، بدین وسیله خلأ با گازداخلی بعد ازتکمیل تقطیرجایگزین خواهد شد. اگرچه ، این سیستم رضایت بخش نیست ، اگرشخصی امید دارد که قسمت هائی را به هنگام کاهش فشارجمع کند.
برای انجام این یک تطابق عمده را می توان به انتهای چگالشگراضافه نمود و یاگرفتن نتیجه بهترو یا برای ترکیبات حساس به هوا می توان ازیک دستگاه سه ضلع استفاده نمود. سه گوش perkin،وسیله ای درمقابل یک سری ازشیشه ویا نوار تفلون است که اجازه می دهد تقطیرازبقیه still جدا شود، بدون آنکه بدنه اصلی تقطیریا ازخلأ و یا منبع حرارت جدا شود و بنابراین می تواند درحالت تفکیک باقی بماند. برای انجام این ، ابتدا نمونه ازخلأ ازطریق نوارها جدا می شود وسپس خلأ برروی آن قرارمی گیرد البته با گازدرونی و سپس می توان آن را متوقف کرد و از بین برد. یک ردیف تازه ازمجموعه را می توان به تقطیراضافه نمود تا زمانی که تمام تقطیرجمع آوری شود.
تقطیرمسیرکوتاه
تقطیرمسیرکوتاه یک تکنیک تقطیراست که شامل گذرتقطیرازمسیرکوتاه است و اغلب چند سانتی متراست. یک مثال کلاسیک می تواند تقطیرشامل گذشتن تقطیرازیک حباب شیشه ای به یک حباب شیشه ای دیگراست ، بدون نیاز به چگالشگربرای جدا کردن دو حفره است.
این تکنیک اغلب برای ترکیبات مورد استفاده قرارمی گیرند که دردمای بالای ثبات است. فواید آن این است که دمای جوش مایعات بالاترازنقطه جوش مایعات چکان نیست و تنها گازها باید ازیک مسیرکوتاه عبورکنند درحالی که درعبورگاز قبل ازاینکه آنها دردمای پائین تردوباره سرد شوند.
انواع دیگر:
- درتبخیردوار( چرخشی ) دستگاه تقطیرخلأ برای ازبین بردن حلال های بزرگ ازنمونه مورد استفاده قرار می گیرند. معمولاً خلأ توسط تزریق آب و یا پمپ انجام می شود.
- در kugelrohr دستگاه تقطیرکوتاه مسیرمعمولاً برای ترکیبات با نقطه جوش بالا برای تقطیرکردن استفاده می شود. این دستگاه شامل یک فر، که جزء تقطیرشونده باید درآن قرارگیرد، جزء دریافت کننده که بیرون ازفرقراردارد، ویک نمونه چرخشی است . خلأ معمولاً ازطریق یک پمپ خلأ استفاده می شود.
- مراحل تقطیرشامل استفاده ازیک مسیرعمل کننده است . دراین مراحل، معمولاً محصولات دارای نقطه جوش پائین تری نسبت به واکنشی دارد. سپس تبخیرو ازترکیب واکنشی حذف می شود. وقتی که محصول به طورپیوسته و مداوم درمقابل مراحل گروهی شکل گرفت ، فواید آن کمتراز راه اندازی دوباره واکنشی با مواد اولیه است.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 40 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلودمقاله تقطیر
