تقطیر جزء به جزء چیست؟ تعریف، کاربردها و مثال‌های کلیدی

تقطیر جزء به جزء فرآیندی است که در آن اجزای یک مخلوط شیمیایی، بر اساس تفاوت در نقطه جوش آن‌ها، به بخش‌های مختلف (به نام جزء یا فرکشن) جدا می‌شوند. این روش به طور گسترده برای تصفیه مواد شیمیایی و جداسازی اجزای تشکیل‌دهنده مخلوط‌ها استفاده می‌شود.

تقطیر جزء به جزء نه تنها در آزمایشگاه‌ها کاربرد دارد، بلکه در صنعت نیز از اهمیت تجاری بالایی برخوردار است. به ویژه، صنایع شیمیایی و نفت به شدت به این روش برای تولید و فرآوری محصولات خود وابسته هستند.

نحوه عملکرد تقطیر جزء به جزء

بخارات حاصل از یک محلول در حال جوش، از یک ستون بلند به نام ستون تقطیر عبور داده می‌شوند. این ستون معمولاً با مهره‌های پلاستیکی یا شیشه‌ای پر می‌شود تا با افزایش سطح تماس، فرآیندهای میعان و تبخیر بهبود یابند و جداسازی به شکل موثرتری انجام شود.

در طول ستون تقطیر، دما به تدریج کاهش می‌یابد. اجزای با نقطه جوش بالاتر در قسمت‌های پایین‌تر ستون میعان شده و به محلول باز می‌گردند، در حالی که اجزای با نقطه جوش پایین‌تر (فرارتر) از ستون عبور کرده و در نزدیکی بالای آن جمع‌آوری می‌شوند.

به طور نظری، افزایش تعداد مهره‌ها یا صفحات در ستون تقطیر می‌تواند کیفیت جداسازی را بهبود بخشد. با این حال، افزودن صفحات بیشتر، زمان و انرژی مورد نیاز برای انجام فرآیند تقطیر را نیز افزایش می‌دهد.

نفت خام و تقطیر جزء به جزء

تقطیر جزء به جزء نقش حیاتی در فرآوری نفت خام دارد. بنزین و بسیاری از مواد شیمیایی دیگر، از طریق این فرآیند از نفت خام به دست می‌آیند. نفت خام ابتدا تا حد تبخیر حرارت داده می‌شود. سپس، اجزاء مختلف آن در بازه‌های دمایی خاصی میعان می‌شوند.

مواد شیمیایی موجود در هر جزء، معمولاً هیدروکربن‌هایی با تعداد اتم‌های کربن نسبتاً مشابه هستند. با حرکت از دماهای بالا به پایین (از هیدروکربن‌های بزرگ به کوچک)، این اجزاء می‌توانند شامل موارد زیر باشند:

• residue (ته‌مانده) (که برای تولید قیر به کار می‌رود)
• fuel oil (نفت کوره)
• diesel (گازوئیل)
• kerosene (نفت سفید)
• naphtha (نفتا)
• gasoline (بنزین)
• refinery gas (گاز پالایشگاهی)

اتانول و محدودیت‌های تقطیر جزء به جزء

با وجود تفاوت در نقطه جوش، تقطیر جزء به جزء نمی‌تواند اجزای یک مخلوط اتانول و آب را به طور کامل از هم جدا کند. آب در دمای 100 درجه سانتیگراد و اتانول در دمای 78.4 درجه سانتیگراد به جوش می‌آیند.

اگر یک مخلوط آب و الکل جوشانده شود، اتانول در بخار متمرکز خواهد شد، اما این تمرکز فقط تا یک نقطه مشخص ادامه می‌یابد. دلیل این امر، تشکیل آزئوتروپ توسط آب و الکل است. زمانی که مخلوط به نقطه‌ای برسد که شامل 96% اتانول و 4% آب باشد، مخلوط از اتانول خالص فرارتر (نقطه جوش 78.2 درجه سانتیگراد) خواهد بود. به همین دلیل، تقطیر بیشتر از این مقدار، خلوص اتانول را افزایش نخواهد داد.

تقطیر ساده در مقابل تقطیر جزء به جزء: کدام روش مناسب‌تر است؟

تفاوت اصلی تقطیر جزء به جزء با تقطیر ساده در این است که در تقطیر جزء به جزء، ستون تقطیر به طور طبیعی ترکیبات را بر اساس نقطه جوش آن‌ها جدا می‌کند. در تقطیر ساده نیز امکان جداسازی مواد شیمیایی وجود دارد، اما نیاز به کنترل دقیق دما دارد زیرا تنها یک "جزء" را می‌توان در هر بار جدا کرد.

چگونه تصمیم بگیریم که برای جداسازی یک مخلوط، از تقطیر ساده استفاده کنیم یا تقطیر جزء به جزء؟ تقطیر ساده سریع‌تر، ساده‌تر و کم‌مصرف‌تر است، اما تنها زمانی مفید است که اختلاف قابل توجهی (بیش از 70 درجه سانتیگراد) بین نقطه جوش اجزای مورد نظر وجود داشته باشد. اگر اختلاف دمای بین اجزاء کم باشد، تقطیر جزء به جزء گزینه بهتری است.

در زیر، خلاصه‌ای از تفاوت‌های کلیدی بین تقطیر ساده و تقطیر جزء به جزء ارائه شده است: