تعریف و کاربردهای تقطیر: فرآیند جداسازی در شیمی و صنعت

تقطیر یک فرآیند جداسازی مهم در زمینه های شیمی، صنعت و علوم غذایی است. در اینجا، تعریف تقطیر و نگاهی به انواع و کاربردهای آن ارائه می شود.

نکات کلیدی: تقطیر

• تقطیر فرآیند جداسازی اجزای یک مخلوط بر اساس نقاط جوش متفاوت آن هاست.
• نمونه هایی از کاربردهای تقطیر شامل تصفیه الکل، آب شیرین کن، تصفیه نفت خام و تولید گازهای مایع از هوا است.
• انسان ها از زمان حداقل ۳۰۰۰ سال قبل از میلاد در دره هند از تقطیر استفاده کرده اند.

تعریف تقطیر

تقطیر یک روش پرکاربرد برای جداسازی مخلوط ها بر اساس تفاوت ها در شرایط لازم برای تغییر فاز اجزای مخلوط است. برای جداسازی مخلوطی از مایعات، مایع می تواند گرم شود تا اجزایی که نقاط جوش متفاوتی دارند به فاز گاز وارد شوند. سپس گاز به شکل مایع میعان و جمع آوری می شود. تقطیر دوگانه زمانی است که فرآیند روی مایع جمع آوری شده تکرار شود تا خلوص محصول بهبود یابد. اگرچه این اصطلاح بیشتر به مایعات اطلاق می شود، اما فرآیند معکوس می تواند برای جداسازی گازها با مایع کردن اجزا به کمک تغییرات دما و/یا فشار استفاده شود.

کارگاهی که عملیات تقطیر را انجام می دهد، به آن «مقطر» می گویند. تجهیزات استفاده شده برای انجام تقطیر «آلات تقطیر» نام دارد.

تاریخچه

قدیمی ترین شواهد شناخته شده از تقطیر مربوط به یک دستگاه تقطیر ساخته شده از سفال در سال ۳۰۰۰ قبل از میلاد در دره هند پاکستان است. تقطیر در میان بابلی های بین النهرین شناخته شده بود. در ابتدا، باور بر این است که از تقطیر برای تولید عطرها استفاده می شد. تقطیر نوشیدنی ها بسیار دیرتر اتفاق افتاد. شیمیدان عرب، الکندی، در قرن نهم میلادی در عراق الکل را تقطیر کرد. تقطیر نوشیدنی های الکلی از قرن دوازدهم در ایتالیا و چین رایج به نظر می رسد.

کاربردهای تقطیر

تقطیر در بسیاری از فرآیندهای تجاری مانند تولید بنزین، آب مقطر، زایلن، الکل، پارافین، نفت سفید و بسیاری دیگر از مایعات استفاده می شود. گازها ممکن است مایع و جدا شوند. به عنوان مثال: نیتروژن، اکسیژن و آرگون از هوا تقطیر می شوند.

انواع تقطیر

انواع تقطیر شامل تقطیر ساده، تقطیر جزئی (اجزای مبهم «جزء» به عنوان تولید می شوند) و تقطیر تخریبی (معمولاً، ماده ای گرم می شود تا به ترکیبات برای جمع آوری تجزیه شود) است.

تقطیر ساده

تقطیر ساده ممکن است زمانی استفاده شود که نقاط جوش دو مایع به طور معنی داری از یکدیگر متفاوت باشد یا برای جداسازی مایعات از جامدات یا اجزای غیرفرار. در تقطیر ساده، مخلوط گرم می شود تا جزء با فرارترین تبدیل به بخار شود. بخار بالا می رود و وارد یک میعان می شود. معمولاً میعان خنک می شود (به عنوان مثال، با جریان آب سرد اطراف آن) تا میعان بخار که جمع آوری می شود، تسهیل شود.

تقطیر بخار

تقطیر بخار برای جداسازی اجزای حساس به حرارت استفاده می شود. بخار به مخلوط اضافه می شود و موجب تبخیر برخی از آن می گردد. این بخار خنک شده و به دو جزء مایع میعان می شود. گاهی اوقات این اجزا به طور جداگانه جمع آوری می شوند، یا ممکن است مقادیر چگالی مختلفی داشته باشند که باعث جدا شدن آن ها به طور طبیعی می شود. مثال این نوع تقطیر، تقطیر بخار گل ها برای استخراج روغن ضروری و یک تقطیر مبتنی بر آب است.

تقطیر جزئی

تقطیر جزئی زمانی استفاده می شود که نقاط جوش اجزای یک مخلوط به یکدیگر نزدیک باشد، همان طور که با استفاده از قانون رائولت تعیین می شود. برای جداسازی اجزا، از یک ستون تفکیکی استفاده می شود که جداسازی آن ها را با استفاده از یک سری تقطیرها به نام بازیابی انجام می دهد. در تقطیر جزئی، مخلوط گرم می شود تا بخار بالا رفته و وارد ستون تفکیکی شود. وقتی بخار خنک می شود، روی ماده بسته بندی شده در ستون میعان می گردد. حرارت بخار صعودی این مایع را دوباره تبخیر می کند و آن را در طول ستون منتقل می سازد و در نهایت نمونه ای با خلوص بالاتر از جز بحرانی تر مخلوط به دست می دهد.

تقطیر خلا

تقطیر خلا برای جداسازی اجزایی که دارای نقاط جوش بالا هستند، استفاده می شود. کاهش فشار دستگاه همچنین نقاط جوش را کاهش می دهد. در غیر این صورت، این فرآیند مشابه سایر اشکال تقطیر است. تقطیر خلا به ویژه زمانی مفید است که نقطه جوش عادی از دمای تجزیه یک ترکیب بیشتر باشد.