نفسر ما هو التقطير ، وأمثلة على طريقة الفصل وأنواع التقطير التي يمكن استخدامها.
ما هو التقطير؟
يُطلق على التقطير طريقة فصل الطور ، والتي تعد من بين طرق فصل المخاليط. يتكون التقطير من الاستخدام المتتابع والمراقب لعمليتين فيزيائيتين: تبخير و ال تركيز، باستخدامها بشكل انتقائي لفصل مكونات ملف خليط عادة من نوع متجانس ، أي لا يمكن تمييز مكوناته بالعين المجردة.
يمكن أن تحتوي المخاليط التي يمكن فصلها إلى مكوناتها الفردية باستخدام التقطير على اثنين السوائل، أ صلب في سائل أو حتى غازات العصائر. تعتمد طريقة الفصل هذه على الاختلاف في نقاط الغليان (خاصية متأصلة في موضوع، ما هو درجة الحرارة الذي ضغط بخار السائل يساوي الضغط المحيط بالسائل) من مواد مختلفة. المادة ذات أدنى نقطة الغليان لديك ، ثم تتكثف هذه المادة في حاوية أخرى ، وستكون نقية نسبيًا.
بهذه الطريقة ، لكي يتم التقطير بشكل صحيح ، يجب أن نغلي الخليط حتى يصل إلى درجة غليان أحد مواد المكونات ، التي ستتحول بعد ذلك إلى بخار ويمكن نقلها إلى حاوية مبردة ، حيث تتكثف وتتحول إلى سائل مرة أخرى.
من ناحية أخرى ، ستبقى المادة المكونة الأخرى في الحاوية دون تعديلات ؛ ولكن في كلتا الحالتين سيكون لدينا مواد نقية، خالٍ من المزيج الأولي.
قانون راولت
عندما يكون لدينا مزيج مثالي من السوائل (خليط تكون فيه التفاعلات بين حبيبات مختلفة تعتبر مساوية للتفاعلات بين الجسيمات المتساوية) يتحقق قانون راولت.
ينص هذا القانون على أن ضغط البخار الجزئي لكل مكون في خليط الغازات يساوي ضغط بخار المكون النقي مضروبًا في الكسر الجزيئي في الخليط السائل.
إذن ، إجمالي ضغط البخار هو مجموع الضغوط الجزئية لمكونات الخليط في الطور الغازي. من ناحية أخرى ، فإن الجزء الجزيئي لمكون ما في الخليط هو مقياس لا أبعاد لتركيزه. يمكن حساب المقادير المذكورة أعلاه باستخدام المعادلات التالية:
أين:
- مقصف ص السنة التحضيرية هي الضغوط الجزئية للمكونات x و ص على التوالي في خليط الأبخرة المحيطة بخليط السائل.
- px * و py * هما ضغطان بخار المكونات x و ص.
- xx ص س ص هي الكسور الجزيئية للمكونات x و ص في الخليط السائل.
- nx ص نيويورك هي كمية مادة المكونات x و ص في الخليط السائل.
قانون رولت الموضح أعلاه صالح للخلطات المثالية (وهي نموذج أنشأه الإنسان لتبسيط الدراسات) ، لكن في الواقع يعاني هذا القانون من الانحرافات عندما يكون الخليط حقيقيًا.
وبالتالي ، إذا كان للجسيمات المختلفة في الخليط قوى بين الجزيئات أقوى من الجسيمات الموجودة في السائل النقي ، فإن ضغط بخار الخليط يكون أقل من ضغط بخار السائل النقي ، مما ينتج عنه انحراف سلبي عن قانون راولت.
من ناحية أخرى ، إذا كانت القوى بين الجزيئات بين الجسيمات في السائل النقي أكبر من تلك الموجودة في الجسيمات في الخليط ، فإن الجسيمات الموجودة في الخليط ستكون قادرة على الهروب إلى طور البخار بسهولة أكبر ، بحيث يكون ضغط البخار سيكون الخليط أكبر ، مما ينتج عنه انحراف إيجابي عن قانون رولت
عندما تريد تقطير خليط زيوتروبي (على سبيل المثال ، الإيثانول والماء) ، فمن الضروري إضافة بعض المكونات (البنزين ، في هذه الحالة) بحيث يتم تعديل الأزيوتروب وبهذه الطريقة لتكون قادرًا على فصل مكونات خليط. الأزيوتروب هو خليط سائل بتركيبة محددة أنه عندما يغلي ، يكون للأبخرة المتولدة نفس تركيبة الخليط (لذلك لا يمكن فصل مكونات الخليط الأزيوتروبي عن طريق التقطير البسيط أو التقطير الجزئي).
تحتوي Azeotropes على درجة حرارة غليان محددة ، على سبيل المثال ، عند ضغط 1 atm ، يغلي الإيثانول عند 78.37 درجة مئوية ويغلي الماء عند 100 درجة مئوية ، بينما يغلي ماء الإيثانول عند 78.2 درجة مئوية. تحتوي الخلائط الأزيوتروبية على انحرافات سلبية أو إيجابية عن قانون رولت حسب الحالة.
أنواع التقطير
يمكن أن يحدث التقطير بطرق مختلفة:
- تقطير بسيط. يتكون أبسط طريقة من غلي الخليط حتى يتم فصل المكونات المختلفة. إنها طريقة فصل فعالة عندما تختلف نقاط غليان مكونات الخليط اختلافًا كبيرًا (من الناحية المثالية يجب أن يكون هناك فرق لا يقل عن 25 درجة مئوية ، وإلا فإنه لا يضمن النقاء الكلي للمادة المقطرة).
- التقطير التجزيئي. يتم تنفيذه عن طريق عمود تجزئة ، يتكون من ألواح مختلفة يتم فيها التبخير والتكثيف على التوالي ، مما يضمن نقاء أكبر في المكونات المنفصلة.
- تقطير فراغي. من خلال تقليل الضغط حتى يتم إنشاء فراغ ، يتم تحفيز العملية لتقليل نقطة غليان المكونات ، نظرًا لأن بعضها يحتوي على نقاط غليان عالية جدًا يمكن تقليلها عند تقليل الضغط بشكل كبير وبالتالي تسريع عملية التقطير.
- التقطير الأزيوتروبي. إنه التقطير الضروري لكسر الأزيوتروب ، أي خليط تتصرف مواده كواحد ، حتى يشترك في نقطة الغليان ، لذلك لا يمكن فصلها عن طريق التقطير البسيط أو التقطير الجزئي. لفصل المزيج الأزيوتروبي ، من الضروري تعديل ظروف الخلط ، على سبيل المثال بإضافة بعض مكونات الفصل.
- التقطير بالبخار. يتم فصل المكونات المتطايرة وغير المتطايرة للخليط عن طريق الحقن المباشر لبخار الماء.
- التقطير الجاف. يتكون من تسخين المواد الصلبة دون وجود المذيبات السوائل ، الحصول على الغازات ثم تكثيفها في حاوية أخرى.
- تقطير محسن. يُطلق عليه أيضًا التقطير البديل أو التفاعلي ، ويتكيف مع الحالات المحددة للمخاليط التي يصعب فصلها أو التي لها نفس نقطة الغليان.
أمثلة على التقطير
- تكرير البترول. فصل المتنوع الهيدروكربونات موجودة في البترول يتم تنفيذه عن طريق التقطير التجزيئي ، أو التخزين في طبقات مختلفة أو أقسام منفصلة لعمود التقطير ، كل مركب مشتق من طهي الزيت الخام. ترتفع هذه الغازات وتتكثف في الطبقات العليا من العمود ، بينما تبقى المواد الأكثر كثافة مثل الأسفلت والبارافين في الطبقات السفلية.
- التكسير التحفيزي. هذا هو الاسم الذي يطلق على بعض التقطير الفراغي المعتاد في معالجة الزيت ، باستخدام أبراج التفريغ لفصل الغازات عن الطهي الخام. وهكذا يتم تسريع غليان الهيدروكربونات و معالجة. التكسير هو نوع من التقطير المدمر ، حيث يتم تكسير الهيدروكربونات الكبيرة (في درجات حرارة عالية وباستخدام المحفزات) إلى هيدروكربونات أصغر ، والتي لها نقاط غليان أقل.
- تنقية الايثانول. لفصل كحول مثل الإيثانول من الماء أثناء إنتاجه في المختبر ، يتم استخدام التقطير الأزيوتروبي ، إضافة إلى خليط البنزين أو المكونات الأخرى التي تعزز أو تسرع الفصل ، ويمكن بعد ذلك إزالتها بسهولة دون تغيير التركيب الكيميائي للمادة. منتج.
- معالجة الفحم. للحصول على الوقود العضوي السائل ، يتم استخدام الفحم أو الخشب عن طريق إجراءات التقطير الجاف ، وبالتالي الغازات المنبعثة في الإحتراق.
- التحلل الحراري للأملاح المعدنية. عن طريق التقطير الجاف ، يتم الحصول على مواد معدنية مختلفة ذات فائدة صناعية عالية ، من انبعاث وتكثيف الغازات الناتجة عن حرق الأملاح المعدنية.
- الإنبيق. هذا هو الاسم الذي يطلق على الجهاز الذي تم اختراعه في العصور العربية القديمة ، والغرض منه إنتاج العطور والأدوية والكحول من الفاكهة المخمرة. في تشغيلها ، يتم استخدام مبادئ التقطير: يتم تسخين المواد في غلاية صغيرة ويتم تبريد الغازات الناتجة في ملف يؤدي إلى حاوية أخرى حيث يتم جمع السائل الناتج عن تكثيف الغازات المذكورة.
- إنتاج العطور. يستخدم التقطير بالبخار للحصول على العطور ، وغلي الماء مع الزهور المحفوظة ، لإنتاج غاز بالرائحة المرغوبة ، والتي ، عند تكثيفها ، يمكن استخدامها كسائل أساسي في العطور.