تقطیر فرآیند خالص سازی یک ماده است که به موجب آن مواد خالص از یک مخلوط استخراج می شود.
انواع مختلفی از فرآیندهای تقطیر وجود دارد، از جمله تقطیر جزئی، تقطیر ساده، بخار و تقطیر خلاء.
تقطیر کاربردهای تجاری و صنعتی متعددی دارد. به عنوان مثال، می توان از آن برای تقطیر شراب استفاده کرد. در واقع، استفاده به خوبی مستند از تقطیر را می‌توان تا زمانی که به قبل ردیابی کرد قرن سیزدهم، جایی که از آن برای تقطیر الکل استفاده می شد از شراب قادر به انجام این کار است زیرا تفاوت در نقطه جوش آب و اتانول باعث می شود تا مقادیر خالص الکل از شراب جدا شود.
یکی دیگر از کاربردهای عمده تقطیر در صنعت نفت است که در آن از تقطیر جزئی برای خالص سازی نفت خام به انواع مختلف سوخت های تجاری مانند بنزین و گازوئیل استفاده می شود.
تقطیر چیست؟
در فرآیند تقطیر به طور کلی شامل سه مرحله اصلی است:
- تبدیل مایع مورد نظر از مخلوط به بخار
- تراکم مایع تصفیه شده
- مجموعه مایع تغلیظ شده
انواع خاصی از فرآیندهای تقطیر ممکن است چندین مرحله دیگر مانند تقطیر جزئی نفت خام داشته باشند (در ادامه در مورد آن بیشتر توضیح خواهیم داد).
به طور کلی، گرما، مربوط به نقطه جوش dمایع مورد نیاز، به مخلوطی که تقطیر می شود، اعمال می شود. در موارد دیگر، فشار برای بهینه سازی فرآیند تقطیر کاهش می یابد.
در زیر تصویری از تنظیمات اولیه تقطیر آزمایشگاهی آورده شده است:
در این مثال، آب شیرین مایع استخراج شده است. از آنجا که گرمای شعله مشعل Bunsen به فلاسک که حاوی آب دریا است، اعمال می شود، آب می جوشد و تبخیر می شود. بخار آب سرد شده و توسط کندانسور به قطره قطره به ارلن هدایت می شود.
جریان آب در لوله خنک کننده بیرونی اطراف لوله متراکم داخلی، تراکم بخار آب را تسهیل می کند. از آنجایی که نمک جامد است و نقطه جوش بسیار بالایی دارد، با آب تبخیر نمی شود. در نتیجه تقطیر آب شیرین است.
این فرآیند به نمک زدایی آب معروف است و همینطور است در مقیاس بزرگ استفاده می شود در برخی از کشورهایی که کمبود آب شیرین دارند، مانند کشورهای خاورمیانه.
فرآیند تقطیر چگونه کار می کند؟
فرآیند تقطیر با تحریک مولکول‌های مایع برای تقطیر با گرم کردن آن عمل می‌کند و در نتیجه تبخیر را تشویق می‌کند. بسیار مهم است که نقطه جوش دقیق تقطیر مورد نظر مشخص باشد.
علاوه بر این، دمای مخلوط مایع باید به دقت کنترل شود و دما باید در نقطه جوش دقیق تقطیر مورد نظر یا بسیار نزدیک به آن حفظ شود. در غیر این صورت ممکن است ناخالصی های دیگر همراه با تقطیر مورد نظر تبخیر شوند.
در مخلوط هایی که جامدات محلول در آنها وجود دارد، مانند محلول های نمک، جداسازی حلال مایع از مخلوط نسبتاً آسان است. این به این دلیل است که حلال های مایع مانند آب معمولاً دارای نقطه جوش کمتری نسبت به املاح خود هستند. در موارد ساده، مانند تقطیر الکل از شراب، دما باید به سادگی در دمای جوش تقطیر مورد نظر حفظ شود.
برای مثال، اتانول (الکل موجود در شراب ها) دارای نقطه جوش 78.37 درجه سانتیگراد است. به این معنی که خود مخلوط شراب که بیشتر آب است نباید اجازه داد در دمای 100 درجه سانتیگراد (نقطه جوش آب) بجوشد. در غیر این صورت آب همراه با الکل تبخیر می شود. تا حد امکان دمای مخلوط باید در نقطه جوش دقیق تقطیر مورد نظر حفظ شود.
هنگامی که بخار جمع شد، باید اجازه داد تا در دمای اتاق خنک شود تا به مایع تبدیل شود. سپس برای نگهداری یا پردازش بیشتر در یک ظرف جمع آوری می شود.
اغلب، عرقیات 100٪ غلیظ نیستند و ممکن است همچنان حاوی مقادیری ناخالصی، به ویژه حلال اصلی باشند. بنابراین اگر می خواهید عرقیاتی با خلوص بالاتر داشته باشید، تقطیر بیشتر ضروری است.
آیا تقطیر یک فرآیند شیمیایی است یا فیزیکی؟
تقطیر یک فرآیند فیزیکی است زیرا شامل تغییر فاز از مایع به گاز (بخار) و سپس بازگشت مجدد به مایع است. به طور کلی، هیچ تغییر شیمیایی در طول فرآیند تقطیر در نظر گرفته نشده است. گفته می شود، برخی اتفاقی یا تصادفی واکنش های شیمیایی ممکن است در طول فرآیند تقطیر رخ دهد. خطر این اتفاق با بزرگتر شدن مقیاس افزایش می یابد.
به عنوان مثال، تقطیر مایعات قابل اشتعال ممکن است منجر به احتراق یا حتی انفجار شود. در برخی موارد، مایعات نیز ممکن است با اجزای تجهیزات تقطیر واکنش دهند. برخی از مایعات حتی ممکن است با اکسیژن یا ناخالصی های موجود در هوا پس از تبخیر واکنش نشان دهند. این را نگاه کن ارائه مطالعه موردی درباره یک انفجار تصادفی در یک کارخانه تقطیر مونومر وینیل کلرید (VCM).
انواع مختلف تقطیر چیست؟
با توجه به کاربردهای صنعتی آن، انواع مختلفی از تقطیر وجود دارد. جزئیات دقیق گام به گام فرآیند و تجهیزات مربوط به هر نوع خارج از حوصله این مقاله است، اما ما به تشریح فرآیند و مفاهیم کلی هر یک می پردازیم.
1. تقطیر کسری
همانطور که قبلاً ذکر کردیم، تقطیر جزئی معمولاً در صنعت نفت برای جداسازی بسیاری از اجزای نفت خام استفاده می شود. این امر ضروری است، زیرا نقاط جوش این اجزا بسیار نزدیک به یکدیگر است که تقطیر ساده کار نمی کند.
تقطیر جزئی یک فرآیند چند مرحله ای است که انواع مختلف سوخت های فسیلی مانند نفت سفید و نفت سنگین را جدا می کند. دما در مراحل مختلف دقیقاً کنترل می شود. تصویر زیر تقطیر کسری سوخت های فسیلی را نشان می دهد:
2. تقطیر ساده
تقطیر ساده زمانی استفاده می شود که نقطه جوش مایعات در یک مخلوط بسیار متفاوت باشد. معمولاً برای تقطیر مایعاتی که حداقل 100 درجه سانتیگراد اختلاف در نقطه جوش دارند استفاده می شود. همانطور که از نام آن پیداست، جدا کردن این مایعات نسبتاً آسان است زیرا فضای کافی برای تغییرات دما وجود دارد که بر یکی از مایعات از نظر تبخیر تأثیر نمی گذارد.
3. تقطیر با بخار آب
همانطور که از نامش می توان فهمید، تقطیر بخار از بخار برای تقطیر مایعات مورد نظر استفاده می کند. بخار به خودی خود عرقیات نیست، بلکه فقط وسیله ای برای استخراج عرقیات است. معمولاً برای استخراج اسانس گل ها استفاده می شود. برای تنظیمات اولیه به تصویر زیر مراجعه کنید:
4. تقطیر خلاء
تقطیر خلاء فرآیند تقطیر است که برای مایعات با نقطه جوش بسیار بالا در فشار معمولی جو استفاده می شود. همچنین برای مایعاتی که تحت فشار معمولی اتمسفر تجزیه می شوند استفاده می شود. با کاهش فشار، نقطه جوش نیز کاهش می یابد و در نتیجه تبخیر مایع آسان تر می شود. معمولاً در پالایش فرآورده های نفتی استفاده می شود.