تعريف التقطير
يشير التقطير إلى الغليان الانتقائي والتكثيف اللاحق لمكون في خليط سائل. إنها تقنية فصل يمكن استخدامها إما لزيادة تركيز مكون معين في الخليط أو للحصول (تقريبًا) على مكونات نقية من الخليط. تستغل عملية التقطير الاختلاف في نقاط غليان المكونات في الخليط السائل عن طريق دفع إحداها إلى الحالة الغازية.
من المهم ملاحظة أن التقطير ليس تفاعلًا كيميائيًا ولكن يمكن اعتباره عملية فصل فيزيائي. يرد أدناه توضيح يوضح إعداد المختبر المستخدم بشكل عام لتنفيذ هذه العملية.
غالبًا ما يستخدم التقطير الذي يتم إجراؤه على مقياس معمل دفعات من الخليط السائل بينما تكون عمليات التقطير الصناعية مستمرة بشكل عام ، مما يتطلب الحفاظ على تركيبة ثابتة للخليط.
دور قانون رولت وقانون دالتون
تُعرف درجة الحرارة التي يصبح عندها ضغط بخار السائل مساويًا لضغط المنطقة المحيطة بنقطة غليان ذلك السائل. عند هذه النقطة من درجة الحرارة ، يتم تحويل السائل إلى شكل بخار من خلال تكوين فقاعات بخار بكميات كبيرة.
من المهم ملاحظة أن درجة غليان السائل تتغير مع الضغط المحيط. على سبيل المثال ، تبلغ درجة غليان الماء عند مستوى سطح البحر 100 درجة مئوية ولكن نقطة غليانها على ارتفاع 1905 مترًا تبلغ 93.4 درجة مئوية (نظرًا لأن الضغط الجوي يكون أقل نسبيًا في الارتفاعات العالية).
بالنسبة لخليط السوائل ، تعتمد عملية التقطير على قانون دالتون وقانون راولت. وفقًا لقانون رولت ، فإن الضغط الجزئي لمكون سائل واحد في خليط سائل مثالي يساوي ناتج ضغط بخار المكون النقي وجزئه الجزيئي. وفقًا لقانون دالتون للضغوط الجزئية ، فإن إجمالي الضغط الذي يمارسه خليط من الغازات يساوي مجموع الضغوط الجزئية لجميع الغازات المكونة.
عندما يتم تسخين خليط من السوائل ، يزداد ضغط البخار للمكونات الفردية ، مما يؤدي بدوره إلى زيادة ضغط البخار الكلي. لذلك ، لا يمكن أن يحتوي الخليط على نقاط غليان متعددة عند تركيبة وضغط معينين.
لماذا من المستحيل تنقية خليط بالتقطير بالكامل؟
عند نقطة غليان خليط السوائل ، تغلي جميع المكونات المتطايرة. ومع ذلك ، فإن كمية المكون في البخار الناتج تعتمد على مساهمتها في إجمالي ضغط البخار للخليط. هذا هو السبب في أن المركبات ذات الضغط الجزئي الأعلى يمكن أن تتركز في الأبخرة بينما المركبات ذات الضغط الجزئي المنخفض يمكن أن تتركز في السائل.
نظرًا لأن أحد المكونات في الخليط لا يمكن أن يكون له ضغط جزئي صفري ، فمن المستحيل الحصول على عينة نقية تمامًا لمكون من خليط عبر التقطير. ومع ذلك ، يمكن الحصول على عينات عالية النقاء عندما يكون لأحد مكونات الخليط ضغط جزئي يقترب من الصفر.
أنواع التقطير
تتضمن بعض أنواع التقطير المهمة ما يلي:
التقطير البسيط
التقطير التجزيئي
التقطير بالبخار
التقطير الفراغي
التقطير الفراغي الحساس للهواء
تقطير قصير المسار
تقطير المنطقة
1. التقطير البسيط
يتضمن التقطير البسيط تسخين الخليط السائل إلى درجة الغليان وتكثيف الأبخرة الناتجة على الفور.
هذه الطريقة فعالة فقط للمخاليط التي تكون فيها نقاط غليان السوائل مختلفة بشكل كبير (فرق الحد الأدنى 25 درجة مئوية).
نقاوة ناتج التقطير (السائل المنقى) يحكمها قانون راولت.
2. التقطير التجزيئي
غالبًا ما يستخدم التقطير التجزيئي لفصل مخاليط السوائل التي لها نقاط غليان متشابهة. يتضمن عدة خطوات تبخير - تكثيف (والتي تحدث في عمود تجزئة). تُعرف هذه العملية أيضًا باسم التصحيح. الجهاز المطلوب لإجراء التقطير التجزيئي على الخليط مذكور أدناه.
دورق مستدير القاع أو قارورة تقطير
مصدر للحرارة يمكن أن يكون نارًا أو حمامًا ساخنًا.
دورق استقبال لتجميع الأبخرة المكثفة
عمود تجزئة
ميزان حرارة لقياس درجة الحرارة في دورق التقطير
مكثف
الأواني الزجاجية القياسية.
عند تسخينه ، يتحول الخليط السائل إلى أبخرة ترتفع إلى عمود التجزئة. تبرد الأبخرة الآن وتتكثف على جدران المكثف. تقوم الأبخرة الساخنة المنبعثة من دورق التقطير الآن بتسخين البخار المتكثف ، مما ينتج عنه أبخرة جديدة.
تحدث العديد من دورات التبخير والتكثيف هذه ويتحسن نقاء ناتج التقطير مع كل دورة. يتم توفير رسم توضيحي يوضح إعداد التقطير التجزيئي أدناه.
المكثفات شائعة الاستخدام في المختبرات تشمل مكثفات Liebig ومكثفات Graham.
3. التقطير بالبخار
غالبًا ما يستخدم التقطير بالبخار لفصل المكونات الحساسة للحرارة في خليط.
يتم ذلك عن طريق تمرير البخار عبر الخليط (الذي يتم تسخينه قليلاً) لتبخير بعض منه. تحدد العملية معدل نقل حرارة مرتفع دون الحاجة إلى درجات حرارة عالية.
يتم تكثيف البخار الناتج لتوفير ناتج التقطير المطلوب.
تستخدم عملية التقطير بالبخار للحصول على الزيوت العطرية ونواتج التقطير العشبية من عدة أزهار / أعشاب عطرية.
4. التقطير الفراغي
يعتبر التقطير الفراغي مثاليًا لفصل مخاليط السوائل ذات نقاط الغليان العالية جدًا.
من أجل غلي هذه المركبات ، فإن التسخين إلى درجات حرارة عالية هو طريقة غير فعالة. لذلك ، يتم تقليل ضغط المناطق المحيطة بدلاً من ذلك.
يتيح خفض الضغط للمكون أن يغلي في درجات حرارة منخفضة. بمجرد أن يكون ضغط البخار للمكون مساويًا للضغط المحيط ، يتم تحويله إلى بخار.
يتم بعد ذلك تكثيف هذه الأبخرة وجمعها على هيئة ناتج التقطير. تُستخدم طريقة التقطير الفراغي أيضًا للحصول على عينات عالية النقاء من المركبات التي تتحلل في درجات حرارة عالية.
5. التقطير الفراغي الحساس للهواء
بالنسبة للمركبات الحساسة للهواء والتي تتفاعل معها بسهولة ، يتم إجراء عملية التقطير الفراغي ولكن يجب استبدال الفراغ بغاز خامل بمجرد اكتمال العملية. غالبًا ما يشار إلى هذه العملية باسم التقطير الفراغي الحساس للهواء.
6. التقطير قصير المسار
يستخدم التقطير قصير المسار لتنقية كمية صغيرة من المركب غير المستقر عند درجات الحرارة العالية. يتم ذلك تحت مستويات ضغط منخفضة ويتضمن عمومًا انتقال نواتج التقطير لمسافة صغيرة جدًا قبل جمعها (ومن هنا جاء اسم "المسار القصير"). تقلل المسافة المنخفضة التي يقطعها ناتج التقطير في هذه الطريقة أيضًا من الفاقد على طول جدران الجهاز.
7. تقطير المنطقة
تتضمن عملية تقطير المنطقة الذوبان الجزئي للمادة وتكثيف الأبخرة الناتجة للحصول على ناتج تقطير نقي. يتم ذلك في حاوية طويلة بمساعدة سخان المنطقة.
أهم تطبيقات التقطير
طريقة التقطير لها تاريخ طويل يعود إلى 3000 قبل الميلاد. تشير الدلائل إلى أن تقطير الكحول قد تم تطويره منذ القرن التاسع. بعض التطبيقات الهامة للتقطير مذكورة أدناه.
يلعب التقطير دورًا مهمًا في العديد من تقنيات تنقية المياه. تستخدم العديد من محطات التحلية هذه الطريقة للحصول على مياه الشرب من مياه البحر.
يحتوي الماء المقطر على العديد من التطبيقات ، مثل بطاريات الرصاص الحمضية وأجهزة الترطيب منخفضة الحجم.
يتم تنقية العديد من المنتجات المخمرة مثل المشروبات الكحولية بمساعدة هذه الطريقة.
يتم الحصول على العديد من العطور والمنكهات الغذائية من الأعشاب والنباتات عن طريق التقطير.
يعد تثبيت الزيت نوعًا مهمًا من التقطير الذي يقلل من ضغط بخار الزيت الخام ، مما يتيح التخزين والنقل الآمنين.
يمكن فصل الهواء إلى نيتروجين وأكسجين وأرجون باستخدام عملية التقطير المبرد.
يتم استخدام التقطير أيضًا على نطاق صناعي لتنقية المنتجات السائلة التي يتم الحصول عليها من التخليق الكيميائي.
المصدر: