تقطیر چیست؟
تقطیر به فرآیندی گفته می شود که در آن مایع به بخار تبدیل میشود و سپس مجددا به شکل مایع متراکم در میآید. برای اینکه موضوع را بهتر تفهیم کنیم مثالی میآوریم؛ برای مثال یک کتری پر از آب را در نظر بگیرید که قصد جوشاندن آب درون آن را دارید.
در اینجا یک شی مسطح یا یک درب بر روی کتری قرار دهید و اجازه دهید تا آب داخل کتری بجوشد. بعد از گذشت چند دقیقه شاهد تبدیل شدن آب به بخار خواهید شد و همچنین نگاهی به همان شئ مسطح یا درب نمایید که به وضوح می بینید قطرههایی از آب بر روی آن تجمع یافته که همان اثر عمل تقطیر است.
تقطیر چه کاربردهایی دارد؟
عمل تقطیر کاربردهای مختلفی دارد؛ مثلا در زمینه تصفیه آب استفاده از این روش بسیار کاربردی میباشد. بسیاری از کارخانجات و مراکز تصفیه آب برای تبدیل آبهای غیر آشامیدنی مانند آب دریا که شور است به آب آشامیدنی از روش تقطیر برای تصفیه آب استفاده می نمایند.
کاربرد دیگر این روش در صنعت استخراج و تولید نفت است. در این صنعت به کمک تقطیر فشار حاصل از بخار نفت خام کاهش یافته و نفت تثبیت می یابد و در نتیجه ذخیره سازی نفت و حمل و نقل آن ایمن می شود.
برای تولید انواع عرقیجات گیاهی و نیز الکل از روش تقطیر استفاده میشود.
برای تصفیه کردن مواد مایعی که بر اثر سنتز شیمیایی به وجود آمده اند نیز از روش تقطیر استفاده می شود. برای تبدیل کردن هوا به نیتروژن، اکسیژن و آرگون نیز می توان از روش تقطیر برودتی کمک گرفت. اینها از جمله کاربردهای تقطیر در انواع حوزهها و صنایع مختلف می باشد.
بررسی انواع روش های تقطیر
امروزه در بیشتر صنایع، مایعات و ترکیبات مختلف را از هم جدا می کنند. برای جداسازی چندین مواد با دمای جوش متفاوت، از روش های مختلفی استفاده می شود. در واقع عملیات تقطیر به رفتار محلول ها در زمان جوشیدن و متراکم شدن بستگی دارد. مواد را می توان با حرارت یا بخار به نقطه جوش رساند. به بیانی دیگر باید گفت عمل تقطیر نوعی فرآیند برای خالص سازی ترکیبات بوده که مبنای این کار، خلاف نقطه جوش بخش های مختلف محلول است. در واقع گرم کردن ترکیب در دمای مشخص، تجمع بخارات داغ و متراکم سازی بخش های مختلف جداسازی، تشکیل تقطیر را داده اند.
هدف ما در این مقاله، بررسی روش های مختلف تقطیر بوده که شامل: تقطیر ساده، تقطیر جزء به جزء، تقطیر در خلاء؛ تقطیر با بخار، تقطیر با روش تبخیر ناگهانی؛ تقطیر پیوسته، تقطیر ناپیوسته؛ تقطیر تخریبی و تقطیر واکنشی است. پس اگر می خواهید با این روش ها آشنا شوید، حتما این مقاله را تا پایان مطالعه کنید.
تقطیر با روش ساده
در این روش همه بخار تولیدی، مستقیما به داخل چگالنده وارد شده و چگالنده آن را تماماً میعان می کند. مایعاتی که با این روش تقطیر می شوند خالص نیستند؛ به همین دلیل این روش بیشتر برای جداسازی موادی استفاده می شود که در میزان فراریت یا نقطه جوش آن، تفاوت زیادی وجود دارد (حداقل 25 درجه سانتی گراد). تفاوت زیاد در فراریت سبب شده تا بخش زیادی از محصول ما حاوی جزء فرار باشد.
روش تقطیر ساده همان روش تقطیر اولیه ای است که برای تولید اکثر عرقیات گیاه از ان استفاده میشود. در این روش آب و گل و گیاه در داخل مخزن دستگاه ریخته شده و با حرارت دادن مخزن پخت ، بخارات به سمت کندانسور حرکت کرده و تبدیل به مایع میشوند.
تقطیر جزء به جزء
از دیگر انواع روش های تقطیر تقطیر جزء ب جزء است. در مواردی که نقطه جوش و فراریت مواد مختلف یک محلول نزدیک به هم بوده و امکان جداسازی با روش ساده وجود نداشته باشد، بهتر است جداسازی آنها با تقطیر جزء به جزء صورت گیرد. با این روش می توان چندین مایع یا محلول را از هم جدا کرد. تبخیر مواد مختلف، برحسب نقطه جوششان صورت گرفته و بخار تولیدی از ستون تقطیر عبور می کند تا میعان صورت گیرد. امروزه در صنایع مختلف برای تصفیه الکل و بنزین، از روش جزء به جزء استفاده می شود. در دستگاه های تقطیر الکل هیمورا از این روش برای تولید الکل استفاده می شود.
تقطیر با بخار
محلول هایی که به حرارت حساس هستند را نمی توان با روش های قبلی تقطیر کرد و بهتره عملیات تقطیر این دسته از محلول ها با بخار صورت گیرد. در این روش از حباب های بخار جهت حمل قسمتی از محصول بهره وری می گردد. در واقع این مواد با بخار به داخل چگالنده وارد می شوند، همانطور که می دانید امکان حل شدن ترکیبات اروماتیک در آب وجود ندارد؛ پس از عمل تقطیر، در حالت لایه ای مجزا از آب جدا می گردند. در صورتی که از این روش برای جداسازی ترکیبات آروماتیک استفاده نشود، باید برای جلوگیری از خراب شدن این ترکیبات، آنها را با دمای بالا جوشاند.
روش تقطیر بخار همان روشی هست که در دستگاه های تزریق بخار برای جدا سازی اسانس نوع 1 از انواع گیاهان مورد استفاده قرار میگیرد.
جداسازی با روش خلاء
این روش بهترین شیوه جداسازی مایعاتی است که نقطه جوش بالایی دارند؛ یعنی ترکیبات با این روش با فشاری کمتر از حد استاندارد از هم جدا می گردند. در واقع در روش خلاء، مایعات با دمایی پایین تر از حد دمای جوش خود، به جوش می آیند. تقطیر ترکیبات در این روش، بدون گرم کردن امکانپذیر است، این در حالیست که در سایر روش ها این امکان وجود ندارد. برای جداسازی ترکیبات معطر، بهتر است از روش جداسازی خلاء با بخار استفاده شود.
تقطیر پیوسته
امروزه تقطیر پیوسته در صنایع کاربرد بیشتری داشته و در این روش محلول بصورت پیوسته و بدون توقف، وارد ستون ها می شود؛ در نتیجه عملیات جداسازی بهتر کنترل می گردد. تقطیر پیوسته بر روی مواد مشخص بکار می رود، برای این کار به نیروی انسانی و مراقبت کمتری نیاز است.
روش جداسازی ناپیوسته
به این روش، تقطیر دیفرانسیلی نیز می گویند، ترکیبات یا محلول ها در این حالت بطور دسته ای و ناپیوسته، وارد ستون تقطیر می گردند. بدین ترتیب عمل جداسازی صورت می گیرد.
تقطیر واکنشی
در این روش دمای جوش محصول واکنش، نسبت به دمای جوش واکنش دهنده پایین تر بوده و در تقطیر واکنشی از راکتور برای تبخیر استفاده می شود. زمانی که در دمایی واکنش صورت گرفت؛ یعنی هنوز واکنش دهنده در فاز مایع قرار دارد و محصول در حال تولید است. سپس به مرور محصول تبخیر شده و بخار ناشی از آن مثل تقطیر ساده به داخل چگالنده وارد شده و عمل جداسازی صورت می گیرد.
روش جداسازی تخریبی
در این روش عمل تقطیر با حرارت بالا صورت گرفته و مواد با نقطه جوش زیاد به حالت گاز درآمده و در نهایت میعان می گردد. در واقع در صنایع از این روش، برای تولید الکل استفاده می شود.
روش تبخیر ناگهانی
یکی دیگر از انواع روش های تقطیر روش تبخیر ناگهانی است که در روش تقطیر تبخیر ناگهانی، ترکیب مایع از یک شیر فشار شکن عبور نموده و به درون محفظه پاشیده می شود. بدین ترتیب بخشی که سطح فراریت بیشتری دارد، تبخیر شده و از قسمت بالای برج استخراج می گردد. بخش سنگین تر در حالت مایع، از بخش تحتانی برج خارج می شود. این عملیات تک مرحله ای بوده و فرآیند تقطیر، بطور پیوسته یا ناپیوسته اجرا می گردد.
تقطیر منطقهای
تقطیر منطقهای از دیگر روشهای تقطیر است که در این روش بخش جزئی از ماده ذوب شده و بخارهای به وجود آمده از آن تراکم یافته و یک مایع خالص به وجود میآورند. برای انجام این کار نیاز به ظرفی بلند و مرتفع است و بوسیله بخاری منطقهای انجام میگیرد و همچنین این امکان وجود دارد که عمل تقطیر در این روش چندین بار تکرار شود تا ماده مورد نظر به دست آید.
تقطیر خلاء حساس به هوا
یکسری ترکیبات وجود دارند که به هوا حساس هستند و خیلی سریع به هوا واکنش نشان میدهند. این عمل در خلاء صورت میگیرد و پس از اتمام عمل باید بین خلاء و گاز بیاثر جابه جایی صورت بگیرد و خلاء جایگزین گاز شود. این عمل را تقطیر خلاء حساس به هوا مینامند.
تقطیر مسیر کوتاه
برخی از ترکیبات در دمای بالا پایدار و یکنواخت نیستند در این جا برای تصفیه مقداری اندک از این ترکیبات ناپایدار از روش تقطیر مسیر کوتاه استفاده میشود. عمل تقطیر در اینجا تحت فشار کمتری انجام میگیرد. سادهتر اگر بگویم ماده مقطر قبل از اینکه جمع آوری شود مسافت اندکی را سیر میکند. این روش که بدلیل طی مسافت کم، تقطیر مسیر کوتاه نامیده می شود در کاهش اتلاف ماده به دست آمده بسیار نقش آفرین است چرا که ماده در طی مسیر در امتداد دیوارههای دستگاه تقطیر تلف نمیشود.
وجوه تمایز بین روش های تقطیر با آب، تقطیر با بخار آب، تقطیر آب و بخار آب
در روش تقطیر با بخار آب نوع دستگاه تقطیر باید به گونهای باشد که قابلیت حمل و نقل آسانی داشته باشد و همچنین این دستگاه را میتوان به راحتی در محل تولید نقل و جابهجا کرد. قیمت این نوع دستگاه ارزان است و کارکرد سادهای هم دارد.
نوع مواد گیاهی مورد استفاده در روش تقطیر با آب از نوع گیاهان پودر شده میباشد. همچنین گیاهانی که بر اثر بخار مستقیم به شکل تودهای در میآیند، گیاهانی که اجزای تشکیل دهنده آن قابلیت صابونی و لغزنده شدن دارند و گیاهانی که اجزای تشکیل دهنده آنها دارای نقطه جوش پایین بوده و قابل حل در آب نیستند نیز از انواع گیاهان مورد استفاده در روش تقطیر با آب هستند.
نکاتی در رابطه با روش تقطیر با آب
در روش تقطیر با آب نیاز به سرعت پایین و زمان طولانی برای انجام عمل تقطیر است. کیفیت اسانس به دست آمده در روش تقطیر با آب معمولا پایین است و همچنین میزان بازدهی در این روش کم میباشد چرا که سرعت عمل جداسازی در این روش پایین است و اسانس نیز از نوع اسانس هیدرولیز شده میباشد.
دمای مورد نیاز برای روش تقطیر با آب 100 درجه سانتیگراد است البته به شرطی که گیاه به طور کامل در زیر آب قرار بگیرد و بخار آب مدام در حال جریان و جایگزینی باشد.
نکاتی در رابطه با روش تقطیر با بخار آب
در روش تقطیر با بخار آب نوع دستگاه تقطیر حجیم تر و سنگین تر است و بیشتر در روشهای تقطیر صنعتی کاربرد دارد. بذرها و گیاهانی که نیاز به نقطه جوش بالایی دارند مناسب برای روش تقطیر با بخار آب هستند. سرعت تقطیر در این روش بالا و زمان استخراج اسانس کوتاه است. بازدهی در این روش از تقطیر خوب است. کیفیت اسانس به دست آمده از طریق تقطیر با بخار آب عمدتا بهتر و مناسب است. دمای مورد نیاز برای عمل تقطیر در این روش معمولا 100 درجه سانتیگراد است که بر حسب نوع مواد گیاهی تعیین میشود.
نکاتی در رابطه با روش تقطیر با آب و بخار آب
در روش تقطیر با آب و بخار آب نیاز به دستگاه های کاملتر و گران قیمتتر است. تقطیر با این روش مناسب گیاهانی است که اندام آنها را بیشتر برگ فرا گرفته است در اصطلاح مناسب گیاهان علفی با جداره و دیواره ضعیف است.
سرعت تقطیر در روش تقطیر با آب و بخار آب معمولا بینابین است و بازدهی در این روش نسبت به روش تقطیر با بخار آب بهتر است. کیفیت اسانس به دست آمده در این روش میتواند خوب باشد در صورتی که عملیات اسانسگیری به خوبی انجام شود. دمای مورد نیاز برای تقطیر با آب و بخار آب حدودا 100 درجه سانتیگراد است.
نتیجه گیری
تقطیر فرآیندی است که طی آن مایع به بخار تبدیل شده و سپس مجدداً به شکل مایع در می آید. امروزه در صنایع مختلف برای جداسازی و خالص سازی مایعات از روش تقطیر استفاده می شود. بدین منظور انواع دستگاه تقطیر وارد بازار شده که کار کاربر را راحت نموده است. شرکت هیمورا بعنوان برترین سازنده انواع دستگاه های تقطیر در کشور بوده که از آنها جهت جداسازی مایعات و تولید الکل در درصدهای مختلف استفاده می شود.