X
تبلیغات
organic chemistry - تقطیر

تقطیر:

 

 

تقطیر ساده:

وجود ناخالصیهای غیر فرار  در مایع سبب كاهش فشار بخار مایع می شود. زیرا وجود جزء غیر فرار به مقدار زیاد، غلظت جزء اصلی فرار را پائین می آورد و قابلیت تبخیر مایع كم می شود.

این جزء پس از تقطیر در باقیمانده تقطیر باقی می ماند.
چنانچه مخلوطی از دو یا چند مایع داشته باشیم، كه دمای جوش آنها به حد كافی با هم متفاوت باشند جدا كردن آنها از طریق تقطیر ساده امكان پذیر است و ابتدا مایعی كه نقطه جوش كمتری دارد تقطیر می شود.

 

  • تقطیر ساده غیر مداوم : در این روش تقطیر ، مخلوط حرارت داده می‌شود تا بحال جوش درآید بخارهایی که تشکیل می‌شود غنی از جزء سبک مخلوط می‌باشد پس از عبور از کندانسورها (میعان کننده ها) تبدیل به مایع شده ، از سیستم تقطیر خارج می‌گردد. به تدریج که غلظت جزء سنگین مخلوط در مایع باقی مانده زیاد می‌شود، نقطه جوش آن بتدریج بالا می‌رود. به این ترتیب ، هر لحظه از عمل تقطیر ، ترکیب فاز بخار حاصل و مایع باقی مانده تغییر می‌کند.
  • تقطیر ساده مداوم : در این روش ، مخلوط اولیه (خوراک دستگاه) بطور مداوم با مقدار ثابت در واحد زمان ، در گرم کننده گرم می‌شود تا مقداری از آن بصورت بخار درآید، و به محض ورود در ستون تقطیر ، جزء سبک مخلوط بخار از جزء سنگین جدا می شود و از بالای ستون تقطیر خارج می‌گردد و بعد از عبور از کندانسورها ، به صورت مایع در می‌آید جزء سنگین نیز از ته ستون تقطیر خارج می‌شود. قابل ذکر است که همیشه جزء سبک مقداری جزء سنگین و جزء سنگین نیز دارای مقداری از جزء سبک است.
  • تقطیر تبخیر آنی (ناگهانی) : وقتی محلول چند جزئی مانند نفت خام را حرارت می‌دهیم، اجزای تشکیل دهنده آن بترتیب که سبکتر هستند، زودتر بخار می‌شود. برعکس وقتی بخواهیم این بخارها را سرد و دوباره تبدیل به مایع کنیم، هر کدام که سبکتر باشد دیرتر مایع می‌گردد. با توجه به این خاصیت ، می‌توانیم نفت خام را به روش دیگری که به آن "تقطیر آنی" گویند، تقطیر نماییم. در این روش ، نفت خام را چنان حرارت می‌دهیم که ناگهان همه اجزای آن تبدیل به بخار گردد و سپس آنها را سرد می‌کنیم تا مایع شود. در اینجا ، بخارها به ترتیب سنگینی ، مایع می‌شوند یعنی هرچه سنگین‌تر باشند، زودتر مایع می‌گردند و بدین گونه ، اجزای نفت خام را با ترتیب مایع شدن از هم جدا می‌کنیم.
  • تقطیر در خلا : با توجه به اینکه نقطه جوش مواد سنگین نفتی نسبتا بالاست و نیاز به دما و انرژی بیشتری دارد، و از طرف دیگر ، مقاومت این مواد در مقابل حرارت بالا کمتر می‌باشد و زودتر تجزیه می‌گردند، لذا برای جداکردن آنها از خلا نسبی استفاده می‌شود. در این صورت مواد دمای پایین‌تر از نقطه جوش معمولی خود به جوش می‌آیند. در نتیجه ، تقطیر در خلا ، دو فایده دارد: اول این که به انرژی و دمای کمتر نیاز است، دوم اینکه مولکولها تجزیه نمی‌شوند. امروزه در بیشتر موارد در عمل تقطیر ، از خلا استفاده می‌شود. یعنی این که: هم تقطیر جزء به جزء و هم تقطیر آنی را در خلا انجام می‌دهند.
  • تقطیر به کمک بخار آب : یکی دیگر از طرق تقطیر آن است که بخار آب را در دستگاه تقطیر وارد می‌کنند در این صورت بی آنکه خلاء‌ای ایجاد گردد، اجزای نفت خام در درجه حرارت کمتری تبخیر می‌شوند. این مورد معمولا در زمانی انجام می‌شود که در نقطه جوش آب ، فشار بخار اجزای جدا شونده بالا باشد تا به همراه بخار آب از مخلوط جدا گردند.
  • تقطیر آزئوتروپی : از این روش تقطیر معمولا در مواردی که نقطه جوش اجزاء مخلوط بهم نزدیک باشند استفاده می‌شود، جداسازی مخلوط اولیه ، با افزایش یک حلال خاص که با یکی از اجزای کلیدی ، آزئوتوپ تشکیل می‌دهد امکان‌پذیر است. آزئوتروپ محصول تقطیر یا ته مانده را از ستون تشکیل می‌دهد و بعد حلال و جزء کلیدی را از هم جدا می‌کند. اغلب ، ماده افزوده شده آزئوتروپی با نقطه جوش پایین تشکیل می‌دهد که به آن شکننده آزئوتروپ می‌گویند. آزئوتروپ اغلب شامل اجزای خوراک است، اما نسبت اجزای کلیدی به سایر اجزای خوراک خیلی متفاوت بوده و بیشتر است.

مثالی از تقطیر آزئوتروپی استفاده از بنزن برای جداسازی کامل اتانول از آب است، که آزئوتروپی با نقطه جوش پایین با 6/95% وزنی الکل را تشکیل می‌دهد. مخلوط آب- الکل با 95% وزنی الکل به ستون تقطیر آزئوتروپی افزوده می‌شود و جریان جریان غنی از بنزن از قسمت فوقانی وارد می‌شود. محصول ته مانده الکل تقریبا خالص است وبخار بالایی یک آزئوتروپی سه‌گانه است. این بخار مایع شده، به دو فاز تقسیم می‌شود. لایه آلی برگشت داده شده، لایه آلی به ستون بازیافت بنزن فرستاده می‌شود. همه بنزن و مقدار الکل در بخار بالایی گرفته شده، به ستون اول روانه می‌شوند. جریان انتهایی در ستون سوم تقطیر می‌شود تا آب خالص و مقداری آزئوتروپ دوگانه از آن بدست آید.

  • تقطیر استخراجی : جداسازی اجزای با نقطه جوش تقریبا یکسان از طریق تقطیر ساده مشکل است حتی اگر مخلوط ایده آل باشد و به دلیل تشکیل آزئوتروپ ، جداسازی کامل آنها غیر ممکن است برای چنین سیستم هایی با افزایش یک جزء سوم به مخلوط که باعث تغییر فراریت نسبی ترکیبات اولیه می‌شود، جداسازی ممکن می‌شود. جزء افزوده شده باید مایعی با نقطه جوش بالا باشد، قابلیت حل شدن در هر دو جزء کلیدی را داشته باشد و از لحاظ شیمیایی به یکی از آنها شبیه باشد. جزء کلیدی که به حلال بیشتر شبیه است ضریب فعالیت پایین تری از جزء دیگر محلول دارد، در نتیجه جداسازی بهبود می یابد این فرآیند ، تقطیر استخراجی نام دارد.

مثالی از تقطیر استخراجی، استفاده از فور فورال در جداسازی بوتادی‌ان و بوتن است، فورفورال که حلالی به شدت قطبی است، فعالیت بوتادی ان را بیش تر از بوتن و بوتان کم می‌کند و غلظت بوتادی ان وفورفورال وارد قسمت فوقانی ستون تقطیر استخراجی شود، با انجام تقطیر بوتادی ان از فورفورال جدا می‌شود.

  • تقطیر جزء به جزء : اجزای سازنده محلول شامل دو یاچند فرار را که از قانون رائول پیروی می‌کنند، می‌توان با فرایند تقطیر جزء به جزء از هم جدا کرد. طبق قانون رائول ، فشار بخار محلول برابر با مجموع اجزای سازنده آن است و سهم هر جزء برابر با حاصلضرب کسر مولی آن جزء به جزء در فشار بخار آن در حالت خاص است. در تقطیر محلولی از B و A ، غلظت A در بخاری که خارج شده و مایع می‌شود، بیش از غلظت آن در مایع باقی مانده است. با ادامه عمل تقطیر ، ترکیب درصد اجزا در بخار و مایع دائما تغییر می‌کند و این در هر نقطه عمومیت دارد. با جمع آوری مایعی که از سردشدن بخار حاصل می‌شود و از تقطیر مجدد آن و با تکراری پی در پی این عمل ، سرانجام می‌توان اجزای سازنده مخلوط اصلی را به صورتی واقعا خالص بدست آورد.


تصویر

تقطیر جزء به جزء مخلوطهای دو جزئی و چند جزئی

هدف از تقطیر ، جداسازی خوراک به بخارهایی از محصولات تقریبا خالص است در تقطیر سیستم های دو جزئی ، درجه خلوص با کسر مولی جزء سبک در محصول تقطیر XO و در محصول ته مانده XB بیان می‌شود. در سیستم های دو جزئی از یک مرحله به مرحله دیگر ، به جزء در نقطه آزئوتروپ ، دما و منحنی تعادل تغییر می‌کنند و یک جزء در تمام ستون فرارتر است. اما در سیستم های چند جزئی یک جزء ممکن است در یک قسمت ستون فرارتر و در قسمت دیگر فراریت کمتری داشته باشد، که ماهیت پیچیده غلظت اجزا را نشان می‌دهد. تعادل فازی سیستم های چند جزئی نسبت به دو جزئی بسیار پیچیده است، به دلیل اینکه تعداد اجزاء زیاد است وتعادل به دما بستگی دارد و دما از یک مرحله به مرحله دیگر تغییر می‌کند.

  •  

رعایت نكات زیر در انجام تقطیر ضروری است.
1.حجم مایع تقطیر شدنی، نباید، از دوسوم حجم بالون بیشتر باشد.

2.انداختن چند عدد سنگ جوش (دو یا سه عدد) در بالون تقطیر، به منظور توزیع یكنواخت گرما و جلوگیری از پریدن مایع

3.مخزن جیوه دماسنج باید پایینتر از شاخه جانبی رابط در محل جریان بخارها قرار گیرد، تا نقطه جوش یك مایع به درستی تعیین شود.

4.اتصال صحیح لوله ورود و خروج آب به مبرد.
5.برای گرم كردن، معمولا حمام های روغن یا وسایل گرم كننده الكتریكی ارجحیت دارند. ولی چنانچه از شعله استفاده می شود، باید توجه داشته با گذاشتن یك توری فلزی روی سه پایه و زیر بالون، شعله چراغ گاز، پخش شده به تمام نقاط بالن اتصال یابد تا بدین وسیله از گرم شدن موضعی بالن جلوگیری شود.


6.باید محل ارتباط و تماس شیشه آلات را با گریس یا وازلین روغنكاری كرد. این امر برای اجتناب از چسبندگی و قفل شدن وسایل شیشه ای بر اثر گرما ضروری است.

یک دستگاه تقطیر ساده

 

 

7.از بالنهای تقطیر بزرگ نباید استفاده كرد، زیرا بالن بزرگ سبب از بین رفتن مایع می شود.


8.قبل از انجام تقطیر، تركیب مورد نظر را در بالن تقطیر می ریزیم و آن را توزین می كنیم و بعد از عمل تقطیر نیز مجددا بالن را وزن می كنیم. به این ترتیب مقدار مایع تقطیر شده مشخص می شود.
9.انتخاب مبرد به نوع تقطیر، سرعت تقطیر و نقطه جوش مایع مورد نظر بستگی دارد.
10.سرعت تقطیر مناسب (تنظیم دمای لازم) یك تا دو قطره در هر ثانیه است.
11.بالن تقطیر را هیچگاه نباید تا خشك شدن كامل گرم كرد.


تقطیر در فشار کم:

در بسیاری از موارد، نقطه جوش در فشار معمولی زیاد است و ممكن است تركیب مورد نظر، در دمایی پایینتر از نقطه جوش خود یا در دمای جوش، تجزیه یا اكسید شود یا نوآرایی یابد.

در چنین مواردی مایع را در فشار كمتر از فشار جو تقطیر می كنند. معمولا تركیباتی را كه نقطه جوش آنها از حدود 180درجه سانتیگراد بیشتر است در فشار كم تقطیر می كنند. برای مثال اگر نقطه جوش یك تركیب در فشار 760 میلی متر جیوه 20درجه سانتیگراد باشد، نقطه جوش آن در فشار 20 میلی متر جیوه حدود 90درجه سانتیگراد است.

برای كم كردن فشار، معمولا از خرطوم آبی یا پمپ روغنی استفاده می شود. مقدار كاهش فشار در هر یك از دو وسیله، به شرایط و مشخصات دستگاه تقطیر بستگی دارد.

نكات زیر در این روش تقطیر باید دقیقا مورد توجه قرار گیرد:
رعایت تمام موارد ذكر شده در مورد تقطیر ساده
به جای سنگ جوش می توان از یك لوله مویین استفاده كرد.

این لوله مویین را می توان با گرم كردن یك لوله شیشه ای روی شعله و كشیدن آن تهیه كرد (نظیر آماده كردن لوله مویین برای نقطه ذوب) و با استفاده از یك رابط در بالن تقطیر قرار داد. از راه لوله مویین نه تنها هوا، بلكه در موارد لزوم، می توان یك گاز بی اثر (نظیر نیتروژن یا هلیوم) را نیز وارد دستگاه كرد.

گاهی می توان به جای لوله مویین از یك همزن مغناطیسی استفاده كرد.
استفاده از یك تله جهت مقابله با شكستن خلا (تقلیل فشار) یا جلوگیری از ایجاد مكش معكوس و اجتناب از وارد شدن آب از طریق خرطوم آبی به درون دستگاه تقطیر، ضروری است.

چنانچه مایع مخلوطی از چند جزء باشد، می توان از رابطهایی كه به چند بالن متصل می شوند(رابط عنكبوتی) استفاده كرد.
چنانچه در حین عمل، دستگاه خلا از كار بیفتد، فورا باید منبع گرما را خاموش و لوله یا بست رابط بین تله و خلا (بمب یا خرطوم آبی) را باز كرد تا از مكش معكوس و ورد آب به بالن دریافت كننده جلوگیری شود.

در پایان تقطیر، ابتدا منبع گرما را خاموش، سپس لوله خلا را از دستگاه جدا می كنیم و بعد شیر آب را می بندیم.

تقطیر به وسیله بخار آب:

می دانیم كه مجموع دو مایع مخلوط نشدنی، از هر كدام از دو مایع، به صورت تنها(مجزا) در دمای پایینتری می جوشد. چنانچه یكی از دو مایع آب باشد و عمل تقطیر انجام شود، آن را تقطیر همراه با بخار آب می گویند.

بنابراین مایع مورد نظر، زیر 100درجه سانتیگراد تقطیر می شود. بدین ترتیب، یك تركیب كه در آب بسیار نامحلول است، به صورت مخلوط با آب، تقطیر می شود و موادی را كه جوش آنها خیلی بالاتر از 100 درجه سانتیگراد است، به راحتی می توان تقطیر كرد.

تقطیر جزء به جزء:

چنانچه تفاوت نقاط جوش اجزای موجود در مخلوط زیاد نباشد، از طریق تقطیر ساده نمی توان اجزا را جدا كرد. در این گونه موارد، از روش تقطیر جزء به جزء استفاده می شود. در این روش، یك ستون تقطیر بین بالن تقطیر و مبرد قرار می گیرد.

در طول این ستون، چندین بار عمل تبدیل بخار به مایع انجام می شود و در هر بار بخار از تركیبی كه دارای نقطه جوش كمتری است غنی می شود. وقتی بخار به انتهای ستون می رسد و وارد مبرد می شود، فقط بخارات یك جزء (نقطه جوش كمتر) است كه در اثر میعان به قطرات مایع تبدیل می شو

+ نوشته شده توسط رئیسی-فاضلی در سه شنبه هجدهم آبان 1389 و ساعت 11:33 |


Powered By
BLOGFA.COM