تقطیر ساده را می توان به دوصورت تعریف کرد:1-تقطیر ساده غیر مداوم2-تقطیر ساده مداوم
• 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.
نکته:در تقطیر یک ماده خالص چنانچه مایع زیاده از حد گرم نشوددرجه حرارتی که در گرماسنج دیده می شود یعنی درجه حرارت دهانه ی خروجی با درجه حرارت مایع جوشان در ظرف تقطیر یعنی درجه حرارت ظرف یکسان است.درجه حرارت دهانه خروجی که به این ترتیب به نقطه جوش مایع مربوط می شود در طول تقطیر ثابت می ماند.
هرگاه در مایعی تقطیر می شود ناخالصی غیر فراری موجود باشد درجه حرارت دهانه خروجی همان درجه حرارت مایع خالص است زیرا ماده ای که بر روی حباب گرماسنج متراکم می شود به ناخالصی آلوده نیست.ولی درجه حرارت ظرف به علت کاهش فشا بخار محلول بالا می ررود. در جریان تقطیر درجه حرارت ظرف نیز افزایش می یابد.زیرا که غلظت ناخالصی با تقطیر جز فرار به تدریج زیاد می شود و فشار بخار مایع بیشتر پایین می اید.با وجود این درجه حرارت دهانه خروجی مانند مایع خالص ثابت می ماند.رابطه کمی موجود بین فشار بخاروترکیب مخلوط همگن مایع(محلول)به قانون رائول معروف است وبه صورت معادله زیربیان می شود:

جز مولی Rبه جزیی اطلاق می شود که تمام مولکولهای موجود در آن مولکولهای Rباشند.برای به دست آوردن این جز مولی تعداد مولهای Rدر مخلوط را بر مجموع تعداد مولهای اجزا سازنده تقسیم می کنند.معادله در زیر آمده است:

باید دانست که در بالای محلول ایده آلی که محتوی Rاست فشار بخار جزR فقط به جزمولی Rبستگی داردوبه هیچ وجه به فشار بخار اجزای دیگر مربوط نیست.چنانچه کلیه اجزا به غیر از Rغیر فرار باشند فشار بخار کلی مخلوط برابر با فشار جز Rاست زیرا می توان فشار بخار ترکیبات غیر فرار را صفر فرض کرد.در نتیجه محصول تقطیر چنین مخلوطی همیشه Rخالص است.ولی اگر دو یا چند جز فرار باشند در این صورت فشار بخار کل برابر با مجموع فشار بخارهای جزیی هر یک از اجزای فرار خواهد شد.(قانون دالتون-در اینجا RوSوTفقط به اجزای فرار مربوط می شود):

چنین مخلوط مایعی که در بالا توضیح داده شد تفاوت زیادی دارد زیرا در اینجا ممکن است محصول تقطیر هر یک از اجزای فراررا در بر داشته باشد.تفکیک دراین حالت احتیاج به تقطیر جز به جز دارد.چگونگی انجام تقطیر جز به جز در ادامه آمده 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.
غالبابه کمک تقطیر با بخار آب می توان ترکیبات آلی فراری را که باآب مخلوط نمی شوند یا تقریبا با آن غیر قابل اختلاط هستند تفکیک و تخلیص کرد.در این روش مخلوط آب وجسم آلی با هم تقطیر می شوند.عمل تقطیر یکمخلوط غیر قابل امتزاج در صورتی که یکی از اجزا آب باشد تقطیر با بخار آب نامیده می شود.
با توجه به اصولی که در تقطیر با بخار آب وجود داردمی توان محاسن ومحدودیت های این روش را به بهترین وجه تشریح کرد.در مخلوطی از مواد فرار و غیر قابل اختلاط فشار جزییpiهر جز در یک درجه حرارت معین برابر با فشار بخار piترکیب خالص در همان درجه حرارت استو به جز مولی ترکیب در مخلوط بستگی نداردیعنی هر یک از اجزای سازنده مخلوط به طور مستقل از اجزای دیگر تبخیر می شوند.
این حالت با مخلوط مایعات قابل اختلاط اختلاف زیادی دارد زیرا که در این مایعات فشار جزیی هر جز سازنده به جز مولی آن در محلول مربوط است.(قانون رائول)در مخلوط ترکیبات فرار وغیر قابل اختلاط بر طبق قانون دالتون فشار کلی Ptمحلول (مخلوط)گازها با مجموع فشارهای جزیی گازهای تشکیل دهنده می شودو به این ترتیب فشار بخار کلی این مخلوط از معادله زیر به دست می آید:

از این عبارت چنین ر می آید که همواره در هر درجه حرارتی فشار بخار کل مخلوط حتی از فشار بخار فرارترین جز در آن درجه حرارت بیشتر است زیرا که فشار بخار اجزای دیگر مخلوط هم دخالت می کنند.بنابراین باید درجه جوش مخلوط ترکیبهای غیر قابل اختلاط کمتر از جزیی باشد که کمترین نقطه جوش را دارد.درجه حرارت تقطیر با بخار آب نسبتا پایین (100درجه یا کمتراز آن)است و این تقطیر به خصوص در تخلیص موادی به کار می رود که نسبت به حرارت حساسیت دارندودر حرارت های بالا تجزیه می شوند.هم چنین این روش برای جدا کردن ترکیب از مخلوط از مخلوط واکنشی که محتوی مقدار زیادی از مواد (قیرمانند)باشد مفید است.این مواد غیر فرار و بی مصرف در اغلب واکنشهای آلی تشکیل می شوند.ترکیب درصد محصولی که در تقطیر با بخار آب به دست می آید به وزن مولکولی ترکیبات مورد تقطیر و هم چنین به فشار بخار آنها در درجه حرارت تقطیر مخلوط بستگی دارد.مخلوطی از دو جز غیر قابل اختلاط AوBرا در نظر بگیرید.چنانچه بخارهای AوBمانند گازهای ایده آل عمل می کنند با استفاده از قانون گازهای ایه آل می توان دو عبارت زیر را به دست آورد:

از تقسیم معادله اول به دوم چنین به دست می آید:

چون فاکتور RTدر صورت و مخرج کسر مساوی است و حجم اشغالی گاز برای هر دو یکسان است(VA=VB)عبارت بالا چنین می شود:

فرایند تقطیر با بخار آب در آزمایشگاه و صنعت به طور وسیعی مورد استفاده قرار می گیرد .به عنوان مثال برای جداسازی الفاپی نن-آنیلین-نیتروبنزنوبسیاری از اسانس های طبیعی وروغن های معطر به کار می رود.به طور خلاصه تقطیر با بخار آب روشی را فراهم می کند که به کمک آن می توان ترکیبات آلی مایع و جامدی را که فرار هستند ودر آب حل نمی شوند (یا تقریبا در آن نا محلولند)در شرایط نسبتا ملایم از ترکیبات غیر فرار جدا کرد.مسلما این روش برای موادی که در اثر تماس زیاد با آب گرم تجزیه می شوند یا با اب واکنشی می دهند یا در 100درجه فشار بخارشان 5میلی متر یا کمتر باشد مناسب نیست.
• 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.
از نظر سهولت در اینجا فقط محلولهای ایده آل دو تایی را که محتوی دو جز فرار RوSباشند در نظر می گیریم.محلول ایده ال به محلولی اطلاق می شود که در آن اثرات بین مولکولهای متجانس مشابه با اثرات بین مولکولهای غیر متجانس باشد.گرچه فقط محلولهای ایده ال به طور کامل از قانون رائول پیروی می کنند ولی بسیاری از محلولهای آلی به محلولهلی ایده آل نزدیک هستند.

 نوشته شده توسط محمدسرحدی در یکشنبه 89/5/31 و ساعت 10:30 عصر | نظرات دیگران()