يستخدم التقطير والتصحيح على نطاق واسع في الصناعة. باستخدام هذه الطرق، يتم تنقية الكحول الإيثيلي، ويتم فصل الكيروسين والبنزين ووقود الديزل والمكونات الأخرى عن الزيت، ويتم الحصول على المواد العطرية في صناعة العطور وغير ذلك الكثير.
تعتمد كلتا التقنيتين على نفس مبدأ التقطير السائل. ومع ذلك، هناك اختلافات خطيرة للغاية.
التقطير هو عملية يتم خلالها تسخين السائل الموجود في مكعب (حاوية) وتبخيره، وبعد ذلك يبرد ويتكثف. يمكن في النهاية تحويل البخار إلى سائل أو صلب (لم يتم تناول الخيار الثاني في هذه المقالة). ويسمى المنتج الناتج نواتج التقطير. أو البقايا السفلية (ما يسمى بالسائل الذي لم يتبخر) وذلك حسب الغرض الذي تم تقطير الخليط الأصلي من أجله.
بناء جهاز بسيط لإنتاج الماء المقطر. السائل موجود في المكعب 1 بغطاء 2 ومقياس حرارة 3. بعد تسخين الحاوية، يتحول الماء إلى بخار يرتفع ويدخل الأنبوب 4 مع الصمام 5. ومن هناك إلى الأنبوب 6 الموجود في الثلاجة 7. لذا لكي يتكثف البخار ويتحول مرة أخرى إلى حالة سائلة، يجب تبريده. للقيام بذلك، يتم غسل الأنبوب 6 بالماء المثلج الجاري. لتحسين كفاءة التبريد، يتم لفه بشكل حلزوني للحفاظ على البخار عند درجة حرارة منخفضة لفترة أطول. بعد مغادرة الثلاجة، يدخل السائل إلى وعاء لتجميع نواتج التقطير.
عند تقطير خليط يتكون من مكونين (أحدهما هو السائل المذاب الأساسي، والثاني مذاب فيه)، يتحول مكون منخفض الغليان، أي ذو نقطة غليان أقل، إلى بخار. وعالي الغليان (ذو نقطة غليان أعلى) يبقى في حالة سائلة. هناك حاجة إلى مقياس حرارة لتنظيم درجة التسخين بحيث تكون هذه المعلمة بين درجات الحرارة المحددة.
السمة المميزة للتقطير هي حقيقة أن المكونات المتطايرة تتبخر مرة واحدة. باستخدام هذه الطريقة البسيطة، من المستحيل تحقيق درجة عالية من فصل مكونات الخليط. بالإضافة إلى ذلك، هناك عنصر واحد فقط يبرز.
التصحيح هو عملية يتم في مرحلتها الأولية تسخين وتبخير السائل، مثل التقطير. ولكن بعد ذلك يدخل البخار إلى عمود التقطير. فيه، بسبب التيار المعاكس بين المرحلتين السائلة والغازية للخليط، يحدث تبادل حراري وكتل بين البخار والقطرات المتكثفة. يتم تقسيم الخليط الأولي (بدرجة عالية من التنقية) إلى مكونات ذات نقاط غليان مختلفة نظرًا لحقيقة أن السائل يتبخر بالفعل ويتكثف عدة مرات.
رسم تخطيطي لمقوم بسيط يمكن صنعه حتى في المنزل. يتكون من مكعب يسخن على النار أو على حمام مائي. يوجد فوقه عمود تصحيح (في الأجهزة المنزلية - درج، وهو عبارة عن أنبوب صلب) مع فوهات تملأه (في الشكل يطلق عليها اسم "المنظفة"، لأنها غالبًا ما تكون مصنوعة من إسفنجات المطبخ المعدنية الرخيصة بالنسبة للأجهزة المنزلية ). وفوقه مكثف ارتجاعي. على الجانب، مقابل وحدة اختيار نواتج التقطير، يوجد أنبوب مخرج خاص (باللون الأحمر في الرسم التخطيطي). يتم توصيله بالثلاجة ثم بالحاوية المتلقية. في المقومات المختبرية والمنزلية، يتم استخدام الفوهات كـ "منظف" يتم ملء العمود به. الأكثر شعبية: المنشورية الحلزونية (سيليفانينكو) والأسلاك العادية (بانشينكوف). الأول يعطي أفضل درجة من التنظيف، والثاني، مع التشغيل الفعال إلى حد ما، هو الأبسط في التصميم. عادة ما تكون مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ أو النحاس. في المنشآت الصناعية، بدلا من الفوهات، يتم استخدام لوحات خاصة.
الجهاز يعمل على النحو التالي. يتم تسخين الخليط الأولي في مكعب التقطير ويبدأ في التبخر. يمر البخار عبر عمود التقطير. في وحدة اختيار نواتج التقطير، تتم إزالة جزء من البخار من خلال الأنبوب الأحمر، ويدخل إلى الثلاجة، ويتكثف ويتدفق إلى حاوية الاستقبال. الجزء الآخر يرتفع إلى المكثف الارتجاعي. هذا الأخير هو في الواقع ثلاجة أخرى بها مياه جارية في سترة. وفيه يتكثف أيضًا هذا الجزء الثاني من البخار، وبعد ذلك على شكل قطرات، والتي تسمى الارتجاع أو الارتجاع، يتدفق إلى عمود التقطير ويتحرك داخله من أعلى إلى أسفل. يمكن تعديل معدل تدفق الماء لتبريد المكثف الراجع، وبالتالي تغيير كمية الارتجاع المتدفق مرة أخرى إلى العمود.
يوجد في عمود التقطير تدفق معاكس على مرحلتين - يرتفع البخار لأعلى، وينخفض الارتجاع. يحدث تبادل الكتلة والحرارة بينهما، ونتيجة لذلك يتم إثراء البخار بمكونات الخليط منخفضة الغليان (شديدة التقلب)، ويتم إثراء قطرات السائل المتدفق بمكونات عالية الغليان (قليلة التقلب). ونتيجة لذلك، إذا كان ارتفاع العمود كافيًا، تتم إزالة الجزء المستهدف عالي النقاء من الجزء العلوي (وحدة اختيار نواتج التقطير). تعمل الفوهات الموجودة في العمود على تكثيف التبادل الحراري والكتلي، حيث يحدث تكثيف البخار على وجه التحديد على سطحها المتطور. في المنشآت الصناعية يحدث هذا على الصواني.
تسمى كل لوحة موجودة في العمود بالفيزيائية (PT). إنه ضروري لتحقيق حالة التوازن في أسرع وقت ممكن بين مرحلتي السائل والبخار. تمر فقاعات البخار عبر طبقة الارتجاع الموجودة على FT. ونتيجة لذلك، يتم تسريع تبادل الكتلة والحرارة بين المراحل. ولكن، بعد مرور البخار خلال قدم واحد، لن يكون هناك توازن، لأن كفاءة هذا العنصر تتراوح من 50% إلى 60%. وبالتالي، من أجل الحصول على حالة توازن المراحل التي تتوافق مع لوحة نظرية واحدة (TP)، فمن الضروري تثبيت اثنين من FTs. هذا يعني أنه إذا كان هناك حاجة، وفقًا للحسابات، إلى عمود 40 TT، فمن الضروري في الواقع تثبيت 80 قدمًا فيه.
يمكن أن تكون محطات التصحيح مستمرة أو دفعة واحدة.
في الأول، يتم تغذية الخليط السائل باستمرار في العمود، ويتم أيضًا إزالة المكونات المنفصلة منه باستمرار. ثانيا، يتم تحميل كمية معينة من الخليط على الفور في المكعب، وبعد ذلك يعمل الجهاز حتى تتم معالجته بالكامل.
في الأجهزة المنزلية، يتم استخدام الدرج كعمود التقطير. هذا أنبوب يبلغ قطره من 30 مم إلى 50 مم، مملوء بكامل حجمه بالفوهات. لمنع انسكاب الأخير، يتم وضع الحشوات القابلة للاختراق للبخار والقطرات على طول الحواف. تتحقق حالة توازن الطور عندما يمر البخار عبر طبقة معينة من الإطار، أي ما يعادل CT واحد. يتم حساب ارتفاعه بالملليمتر ويسمى ارتفاع وحدة النقل.
الملامح الرئيسية للتصحيح: عزل المكون المطلوب في شكله النقي والقدرة على فصل الخليط الأولي إلى عدة مكونات في وقت واحد. كلما ارتفع العمود، كانت العملية أبطأ، ولكن المنتج النهائي أنقى.
في صناعة المشروبات الكحولية، يتم شرح الفرق بين الكحول المقطر والمعدل على النحو التالي. نواتج التقطير هي مادة خام تبقى فيها المواد الحسية (الطعم والرائحة) للمنتج الأصلي. أي إذا صنع مشروب الحبوب فالحبوب، وإذا صنع مشروب التفاح فالتفاح وهكذا. وفي الوقت نفسه، لا يزال الكحول الإيثيلي المقطر يحتوي على العديد من الشوائب. ومنهم من يشكل الطعم والرائحة. يمكن التخلص من الآخرين باستخدام وصفات مختلفة. الكحول المصحح هو كحول مكرر. الخصائص الحسية للمنتج الأصلي غائبة تمامًا. طعمها ورائحتها هي الكحول فقط ولا شيء غير ذلك. في المراحل التالية من العملية التكنولوجية، بمساعدة المضافات المنكهة والروائح، تتم إضافة الخصائص الحسية المرغوبة إليها، وبعد ذلك يتم الحصول على مجموعة واسعة من المشروبات الكحولية والصبغات وأشياء أخرى.
وعلى هذا فلا نستطيع أن نقول إن إحدى الطريقتين أفضل والأخرى أسوأ. كل شخص لديه غرضه الخاص. على سبيل المثال، إذا تم صنع البراندي بطعم ورائحة العنب، فستكون هناك حاجة إلى التقطير. وبعد التصحيح، سوف تختفي هذه الميزات. للحصول على رائحة طيبة، يتم تعتيق الكحول المقطر في براميل البلوط. ولكن بالنسبة للكحول المصحح بنسبة 96٪، فهذا لا فائدة منه، فهو مناسب فقط للتخفيف، على سبيل المثال، في إنتاج الفودكا. ويمكننا أيضًا أن نضيف إلى ذلك أن معدات تصحيح الكحول أكثر تكلفة من معدات التقطير. بالإضافة إلى ذلك، الهريس المقطر مطلوب للتصحيح.
في خليط يتكون من مكونين (أحدهما سائل كقاعدة للمحلول)، يختلف تركيز المادة المذابة في السائل C1 عن تركيزها C2 في بخار هذا السائل. معامل التقسيم (التوزيع).
هي سمة من سمات هذه العملية. في بعض الحالات، يكون أكثر ملاءمة للعمل مع القيمة المتبادلة: A = 1 / B، والتي تسمى نفسها. تعتمد هذه المعلمة على ظروف التقطير وطبيعة المواد التي يتكون منها الخليط.
اعتمادًا على الظروف، يمكن أن يكون المعامل B:
مثالي. ويتأثر فقط بالضغط الجزئي لمكونات الخليط (الجزئي هو ضغط غاز منفرد موجود في خليط من عدة غازات؛ أي أنه هو ضغط غاز واحد الذي سيحدث لو شغل كامل الغاز). الحجم الذي يشغله خليط الغازات).
حالة توازن. وفي هذه الحالة فإن عدد جزيئات الغاز H المتبخرة من السائل يساوي عدد جزيئاته H1 التي تعود إلى السائل في نفس الوقت.
فعال.
ومن الناحية العملية يتأثر التقطير بتحريك المحلول ووجود الشوائب فيه. قد يكون وجود الأخير مهمًا جدًا لدرجة أن المعامل الفعال لفصل المادة الرئيسية والشوائب قد يختلف بشكل كبير عن المعامل المثالي.
لا تقل أهمية عن معلمات العملية هي درجة حرارة التبخر ودرجة انحراف النظام عن توازن الطور بين السائل والبخار. أثناء التقطير:
حيث NS هو عدد الجزيئات التي تمر في المكثفات. يتم تحديد الانحراف كميًا بنسبة: NS / N. في هذه الحالة، هناك حالتان مقيدتان للنظام. إذا كان NS = 0، فهناك توازن: كم عدد الجزيئات التي تركت السائل في وحدة الزمن، عاد إليه نفس العدد. إذا كان HC = H، فهذا هو التقطير الجزيئي، أي أن جميع الجزيئات التي تبخرت من السائل تحولت إلى مكثفات. ويحدث هذا عادة إذا تم تنفيذ العملية في فراغ، وكان ضغط البخار منخفضا، والمسافة من سطح الماء إلى نقطة التكثيف ضئيلة. وفي هذه الحالة لا تصطدم جزيئات البخار بجزيئات الهواء ولا مع بعضها البعض.
تسمى العملية الموضحة في بداية المقال، والتي يتم فيها تسخين السائل وتبخيره جزئيًا، وتفريغ أبخرته بشكل مستمر في الثلاجة وتكثيفها هناك، بالتقطير البسيط. عند العمل مع خليط سائل متعدد المكونات، يتم استخدام التقطير التجزيئي أو التقطير التجزيئي. وفي هذه الحالة يتم جمع مكونات الخليط إلى مكثفات على أجزاء، حسب درجة تطايرها، بدءاً من أدنى نقطة غليان.
يعتبر التصحيح من قبل العديد من الخبراء نوعًا من التقطير. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن أي نظام مغلق يتكون من الغاز والسائل يميل إلى حالة التوازن. وأثناء التصحيح، يختلف التركيز العامل (الفعلي) للمكونات في مرحلة البخار عما يجب أن يكون عليه هذا السائل ليكون في حالة توازن.
التقطير والتصحيح هما طريقتان لفصل مكونات الخليط السائل، وتعتمدان على نفس العملية الفيزيائية. لكن التقنيات المختلفة لتنفيذها تسمح بالحصول على نتائج مختلفة تمامًا.
التقطير هو طريقة لفصل أو تنقية المواد بناءً على نقاط غليان مختلفة.
اعتمادًا على خصائص مكونات الخليط المراد فصله والاختلاف في درجات غليانها، يتم استخدام أنواع وطرق التقطير المختلفة. لذلك، إذا كان الغرض من التقطير هو تنقية المادة من الشوائب غير المتطايرة عمليا، فإنهم يلجأون إلى التقطير البسيط. ومن الأمثلة على ذلك تقطير ماء الصنبور لإزالة الأملاح المعدنية الذائبة، مما ينتج عنه ماء مقطر. وهناك حالة خاصة من التقطير البسيط وهي التقطير بالبخار. إذا تبخر مكونان أو أكثر عند تسخين خليط، فيجب استخدام التقطير التجزيئي لفصلهم. يمكن تنفيذ كلا النوعين من التقطير - البسيط والكسري - سواء في الغلاف الجوي أو عند الضغط المنخفض (التقطير الفراغي).
ليس فقط المواد السائلة، ولكن أيضًا المواد الصلبة في درجة حرارة الغرفة يمكن أن تخضع للتقطير. بالمقارنة مع إعادة البلورة، فإن التقطير عادة ما يعطي إنتاجية أعلى من المنتج النقي في وقت أقل.
باستخدام التقطير في المختبر، في عملية واحدة، يمكنك، على سبيل المثال، تنقية ما يصل إلى كيلوغرام من المادة بسهولة، بينما لإعادة بلورة نفس الكمية من المنتج، تحتاج إما إلى تقسيمها إلى عدة أجزاء أو استخدام معدات ضخمة، وهي ليست مريحة دائما. على عكس إعادة البلورة، يمكن استخدام التقطير لتنقية المركبات شديدة التلوث، بما في ذلك عزل المنتجات مباشرة من خليط التفاعل. وأخيرًا، لا يتضمن التقطير استهلاك أي مواد مساعدة، مثل الممتزات أو المذيبات العضوية.
من ناحية أخرى، التقطير ليس طريقة تنقية عالمية. تتحلل العديد من المواد عند نقطة الغليان حتى عند الضغط المنخفض.
إذا كانت السوائل لها نقاط غليان متشابهة، فإن فصلها في المختبر يتطلب عمالة كثيفة للغاية ويتطلب استخدام أعمدة التقطير الفعالة، وهو ما لا يتوفر في كل المختبرات. ومع ذلك، حتى لو كان الفرق في نقاط الغليان كبيرًا، فإن التقطير يضمن دائمًا الانفصال الكامل. يجب أن تولي اهتماما خاصا لهذا. غالبًا ما يعتقد العمال المبتدئون أن التقطير يضمن تلقائيًا إزالة جميع الشوائب من المادة. وفي الوقت نفسه، في الممارسة العملية هناك مخاليط غير منفصلة (أزيوتروبية). على سبيل المثال، يمكن تحرير الكحول الإيثيلي بالكامل من الماء عن طريق التقطير عند الضغط الجوي، على الرغم من أن الفرق في نقاط غليانه يزيد عن 20 درجة مئوية. عند محاولة تقطير الكحول من الماء، سيتجمع خليط يحتوي على 95.6% كحول و4.4% ماء في جهاز الاستقبال. من الظواهر الشائعة إلى حد ما التي تتداخل مع التقطير قدرة بعض المواد عالية الفعالية على التقطير مع أبخرة المواد الأخرى. في الوقت نفسه، يتم استخدام هذه الخاصية للتنقية الفعالة للمواد عالية الفعالية، على سبيل المثال، أثناء التقطير بالبخار.
ويترتب على ما سبق أنه لا يمكن اللجوء إلى التقطير إلا بعد الفهم الكامل لطبيعة الشوائب المحتملة وتقلبها النسبي. في كثير من الحالات، يمكن الحصول على المادة بجهد أقل وبصورة أنقى إذا تم دمج التقطير مع طرق التنقية الأخرى. على سبيل المثال، تحتوي أسيتات الإيثيل التقنية على الكحول الإيثيلي وحمض الأسيتيك والماء باعتبارها الشوائب الرئيسية. وبناءً على ذلك، فإن إحدى الطرق الممكنة لتنقيته تتضمن المعالجة بكلوريد الكالسيوم لامتصاص الكحول ومعظم الماء، والمعالجة بالبوتاس اللامائي لإزالة آثار الحمض ومزيد من التجفيف، والتعريض للزيوليت للتجفيف النهائي، وأخيرًا التقطير لإزالة بقايا الحمض المحتملة. - الشوائب المتطايرة.
التقطير
ص. ( التقطير) هي عملية تستخدم في كثير من الأحيان في ممارسات المختبرات الكيميائية وفي الهندسة في المصانع لفصل محاليل السوائل أو المواد الصلبة في السوائل، وكذلك مخاليطها، على أساس تقلبها غير المتكافئ وتتكون من تحويل السائل عن طريق الغليان إلى بخار ، والذي يتم تبريده بعد ذلك في الثلاجة، يتكثف مرة أخرى إلى الحالة السائلة. في هذه الحالة، يتم إعطاء الثلاجة ترتيبًا بحيث لا يمكن للسائل الذي يتكثف من البخار ويخضع للفصل أن يتدفق مرة أخرى إلى الوعاء الذي يتم فيه الغليان، ولكن يتم توجيهه (تقطره) إلى وعاء آخر يسمى جهاز الاستقبال . انظر الفن. معمل، حيث تتم مناقشة أنواع التقطير المختلفة بالتفصيل (التقطير المجزأ، والتقطير تحت ضغط منخفض، والتقطير ببخار الماء، وما إلى ذلك)، بالإضافة إلى التقنيات والأجهزة العملية المستخدمة بشكل شائع في المختبرات والفن. الغليان.
التقطير الجاف (التقطير sèche، التقطير trockene, التقطير المدمر- الاسم الأخير باللغة الإنجليزية هو الأفضل من بين جميع الأسماء الأخرى التي تتوافق مع جوهر الأمر) هو تحلل المواد الصلبة عند تسخينها، مصحوبًا بإطلاق المنتجات البخارية. في هذه الحالة، عادة ما يمر جزء أكبر أو أصغر فقط من المادة المأخوذة إلى بخار، ويبقى جزء منه في نهاية العملية في جهاز التقطير (المرجل، المعوجة) في شكل بقايا صلبة. تشمل الأمثلة النموذجية للتقطير الجاف في التكنولوجيا ما يلي: التقطير الجاف للخشب (انظر) بغرض الحصول على كحول الخشب وحمض الأسيتيك وزيت التربنتين والقطران والفحم منه؛ من أجل التقطير الجاف للفحم في إنتاج الغاز (انظر) وفحم الكوك (انظر)، ومع إطلاق الغاز المضيء، يتكون ماء القطران والأمونيا، والباقي عبارة عن فحم الكوك؛ على عظام P. الجافة (انظر) وبقايا ومنتجات حيوانية ونباتية مختلفة مثل: الجلود والقرون والراتنج وغيرها للحصول منها على الأمونيا وزيت العظام (الحيواني) والفحم وزيوت الراتنج وغيرها كأمثلة على P. الجاف من الممارسة المختبرية الكيميائية، نشير إلى تفاعل إنتاج الكيتونات بالتحلل عند تسخين أملاح الأحماض الدهنية، على سبيل المثال: (CH 3 -CO-O) 2 Ba = CH 3 -CO-CH 3 + BaCO 3، لإنتاج الألدهيدات (انظر) بطريقة بيريا، وما إلى ذلك، ويمر الكيتون أو الهيدروكربون إلى جهاز الاستقبال، ويبقى ملح ثاني أكسيد الكربون في المعوجة. على الرغم من أن كل هذه التفاعلات، في جوهرها، تختلف اختلافًا عميقًا عن P. العادية، إلا أنها في المظهر تحتفظ فعليًا بأوجه تشابه كبيرة جدًا معها، لأنه في كلتا الحالتين يتم تطبيق التسخين، وتتشكل الأبخرة، والتي يتم تكثيفها بعد ذلك، والتي بدورها ، بدوره، يتطلب نفس الأجهزة والأجهزة تقريبًا لإجراء كل من التقطير العادي والجاف.
المادة تستنسخ المواد منحاليا، يتم استخدام المشروبات الكحولية في كثير من الأحيان في حياتنا. لكن المشروبات القوية لا تجلب المتعة إلا إذا كانت ذات جودة عالية. ويمكن تحقيق ذلك باستخدام الطرق الصحيحة للحصول عليه. ومن المهم في هذا الصدد معرفة الطرق الأساسية لتقطير الكحول: تقطير الكحول وتصحيحه.
كلمة "التقطير" نفسها هي من أصل لاتيني وتعني "إسقاط". تُستخدم هذه الطريقة عادةً في العديد من مجالات الحياة لفصل السوائل إلى مكونات تختلف في تركيبها. لا ينطبق إذا كانت الأجزاء الموجودة في السائل تختلف في نقطة الغليان.
يستخدم التقطير في صناعة تكرير البترول لإنتاج البنزين والكيروسين وزيوت التشحيم. كما تعتمد عملية تحلية مياه البحر على هذه الطريقة.
ولكننا مهتمون بهذه الطريقة لغرض عزل الكحول الإيثيلي عن السوائل المحتوية على الكحول.
تقطير الكحول أو تقطيره هي ظاهرة تؤدي إلى تبخر المركبات المتطايرة من الخليط المخمر. هذه المكونات، التي تستقر في شكل مكثف، تشكل لغو. لإنشاء لغو، يتم استخدام جهاز خاص - جهاز تقطير، وهو مكعب التقطير.
عملية التقطير نفسها بسيطة وتتكون من خطوتين:
وفي الوقت نفسه فإن درجة غليان الكحول الذي نحتاج إلى استخلاصه هي +78 درجة مئوية، في حين أن درجة غليان الماء هي +100 درجة مئوية، مما يؤدي إلى تبخر الكحول بسرعة. أثناء عملية التبريد، يتكثف الكحول. يمكن تقطير ناتج التقطير أكثر من مرة لزيادة تركيز الكحول.
يتميز لغو الذي تم الحصول عليه في البداية بالقوة القوية والمستوى العالي من المواد الضارة فيه: الاسترات والألدهيدات. وفي هذا الصدد فهو غير صالح للتناول بشكل قاطع كالكحول، والأفضل سكبه أو إيجاد استخدام آخر له، على سبيل المثال، إشعال النار به.
عملية التقطير كما لا ينصح باستخدام ما يسمى بـ "الذيول" التي تحتوي على كحول الفوسل والميثانول. يمكن التعرف عليها من خلال رائحتها الكريهة. تظهر بعد انخفاض قوة لغو القمر إلى 40٪، ولكن، على عكس القطرات الأولى غير الصالحة للاستخدام، يمكن استخدام "الذيول" لإعادة التقطير.
عادة ما يتم تحديد اكتمال التقطير بالطريقة التالية: يتم إشعال السائل الماص. إذا بدأ في الاحتراق، توقف عن التقطير.
ينقسم تقطير الكحول حسب التصنيف إلى الأنواع التالية:
التقطير البسيط للكحول هو المرحلة الأولية من النوع الثاني من التقطير.
مخطط عملية التقطير تم استخدام هذه الطريقة في مصر القديمة لإنتاج الطلاء من العنب الفاسد. ولهذا تم استخدام مكعبات النحاس، والتي تضمن تصميمها خزان التقطير، ومكثف، وأنبوب مخرج للتبخير. في البداية، تم استخدام هذه الوحدات في إنتاج الطلاء والعطور، وبعد فترة من الوقت بدأ استخدامها لصنع مشروبات كحولية قوية.
حاليًا، التقطير البسيط هو تقنية لتقطير الكحول، والتي لا تزيل الشوائب الضارة تمامًا. حتى تكرار هذه العملية لن ينظف المشروب تمامًا. قوتها الإنتاجية هي 25-30% حجم.
يتم تقطير الكحول على عدة مراحل:
المنتج النهائي له رائحة وطعم المنتجات المستخدمة في الهريس، وبالتالي فهو يخضع للنكهة. على سبيل المثال، يتم غرس الروم والكونياك في براميل البلوط، ويتم إضافة جوهر اللوز أو الصنوبر إلى الجن.
تتضمن الطريقة الأكثر تعقيدًا استخدام البطاطس التي يجب ملؤها بالماء وتسخينها عند سحقها. يتم تحويل النشا الموجود في البطاطس إلى سكريات. ثم تضاف الخميرة وتوضع في مكان دافئ.
بالإضافة إلى ذلك، للتخلص من الروائح الكريهة، غالبًا ما يخضع المنتج للمعالجة الكيميائية، مما قد يؤثر سلبًا على صحة الإنسان.
وتسمى هذه الطريقة أيضًا بالكسر، حيث يتم تنفيذها على عدة مراحل. يتطلب المزيد من الاهتمام والصبر.
يعتمد التقطير التجزيئي على الفرق في درجة غليان المكونات التي يتكون منها السائل. جوهر الطريقة هو فصل الكحول إلى أجزاء أثناء التقطير، ثم توزيعها في حاويات مختلفة.
لا يتضمن تقطير الإيثانول استخدام "الرؤوس" أو الجزء الأول، بسبب رائحتها الكريهة وزيادة مستوى ضررها. المكثفات التي تم جمعها في هذه المرحلة تشكل خطرا ليس فقط على الابتلاع، ولكن أيضا للاستخدام الخارجي. إذا وصل هذا الكسر إلى الجلد، فقد يحدث تلف، على سبيل المثال، سوف يتقشر الجلد. تستخدم "الرؤوس" بشكل أساسي لإضاءة الخشب. عند الانتهاء من فصل هذا الكسر، من الضروري استبدال الحاوية المتلقية.
الجزء الأوسط (جسم لغو) ليس له لون ولا رائحة نفاذة. في هذه المرحلة، يتم اختيار لغو عالي الجودة. ويتم اختيار هذا الجزء من لغو القمر أثناء الاحتراق عند درجات حرارة تصل إلى 95 درجة مئوية، بينما تتراوح قوته من 35 إلى 45%. في النطاق من 78 إلى 83 درجة مئوية، يتم إطلاق أنقى كتل الماء والكحول التي لا تحتوي على شوائب ضارة بصحة الإنسان.
أما الجزء الأخير أو "الذيول" فيتميز برائحة قوية نفاذة بسبب محتوى زيوت الفيوزل والشوائب الثقيلة. من الضروري أيضًا منعهم من الوصول إلى الجزء الرئيسي من الكسر، ولهذا السبب، في هذه المرحلة، من الضروري استبدال حاوية الاستقبال. عادة ما تكون "الذيول" غير صالحة للابتلاع بسبب رائحتها وتدهور جودة الجزء الرئيسي من لغو القمر. ولكن يمكن استخدامها لإعادة التقطير أو إضافتها إلى الهريس الجديد أو إضافتها إلى لغو لمحبي هذا الطعم.
لتحسين جودة الكحول، يوصى بإجراء تنقية أخرى بالفحم، أو تخفيفه بالماء النظيف، أو إعادة تقطيره، مع إجراء هذه العملية بشكل أبطأ من المرة الأولى. يمكن أن يؤدي التقطير المتكرر إلى تكوين خليط أزيوتروبي لا يتغير تركيبه أثناء عمليات التقطير اللاحقة.
نظرًا لحقيقة أنه من المستحيل إنتاج كحول بمستوى عالٍ من التنقية عن طريق التقطير، ولو جزئيًا، بسبب وجود الرائحة والذوق، يتم استخدام التصحيح.
وعملية التصحيح نفسها هي فصل الخليط، الذي يقوم على عملية التبادل الحراري بين البخار والسائل.
كثير من الناس يعتبرون خطأً أن تصحيح الكحول هو إعادة التقطير، لكن لا ينبغي الخلط بين هذين المفهومين.
تتضمن هذه الطريقة استخدام عمود التقطير، وهو جهاز يقوم بفصل السائل إلى مكوناته. والنتيجة في هذه الحالة هي الكحول النقي الذي ليس له أي روائح أو طعم أو مواد ضارة. التصحيح بدون استخدام هذا الجهاز ينتج كحولًا بقوة أقل.
عندما يتم تسخين الحاوية التي تحتوي على لغو، يبدأ السائل في الغليان، مما يؤدي إلى تكوين البخار. ويصعد عبر أعمدة التقطير إلى الأعلى، وينتهي في وحدة يتكثف فيها البخار وتسمى بالمكثف الراجع. يتم تبريد هذا الجهاز بالماء. عندما يصل البخار إلى سطح بارد، فإنه يتكاثف، مما يؤدي إلى تكوين البلغم. يتدفق البلغم إلى الحاوية. يتفاعل البخار الذي يرتفع إلى الأعلى والارتجاع الذي يتدفق إلى الأسفل مع بعضهما البعض، مما يشكل عملية تبادل حراري. يتضمن التصحيح تفاعلًا مستمرًا بين البخار والسائل. ونتيجة لذلك، توجد المواد ذات نقطة الغليان المنخفضة في الأعلى، وتتحول إلى مكثفات وتتدفق إلى الحاوية.
يتم استخدام طريقة التقطير هذه للحصول على الكحول الإيثيلي النقي. هذا الكحول هو أساس الفودكا. يعد التصحيح أيضًا هو الأكثر أمانًا لأنه يسمح لك بإعداد مشروبات كحولية قوية، مما يلغي وجود كميات كبيرة من الشوائب والتسمم بالمواد الكيميائية عند تناولها.
لتحديد أفضل طريقة لتقطير الكحول، عليك أن تقرر ما هو أكثر أهمية بالنسبة لك: الطعم والرائحة الرقيقة للكحول أو الكحول النقي.
أثناء طرق التقطير المختلفة، يتم تشكيل مشروبات مختلفة عند الإخراج: يتم استخدام التقطير لإنتاج لغو، كونياك، ويسكي، تكيلا، جين؛ الكحول النقي هو منتج تصحيح.
بالإضافة إلى ذلك، عليك أن تفهم أنه بعد التقطير، حتى الجزئي، يكون للمشروب النهائي رائحة وطعم المادة الخام الأصلية، بينما يتم تدمير الطعم والخصائص العطرية أثناء عملية التصحيح.
وبالتالي، من المستحيل القول أن هذه الطريقة أو تلك هي الأفضل، لأنها تعطي نتائج مختلفة عند الإخراج.
عملية تحويل السائل إلى بخار، ثم يتكثف مرة أخرى إلى شكل سائل. أبسط مثال هو تقطير الماء، عندما يترسب البخار من الغلاية على شكل قطرات على سطح بارد.
يستخدم التقطير لفصل السوائل عن المواد الصلبة غير المتطايرة، كما في تقطير المشروبات الكحولية من المواد المتخمرة، أو لفصل سائلين أو أكثر بدرجات غليان مختلفة، كما في إنتاج البنزين والكيروسين وزيوت التشحيم من البترول. وتشمل التطبيقات الصناعية الأخرى معالجة المواد الكيميائية مثل الفورمالديهايد والفينول، وتحلية مياه البحر.
ربما تم استخدام عملية التقطير من قبل المجربين القدماء. وذكر أرسطو (384-322 قبل الميلاد) أنه يمكن الحصول على الماء النقي عن طريق تبخير مياه البحر. وصف بليني الأكبر (23-79 م) طريقة بدائية للتكثيف حيث يتم جمع الزيت الناتج عن تسخين الصنوبري على الصوف الموضوع في الجزء العلوي من الإنبيق.
معظم طرق التقطير المستخدمة في الأبحاث الصناعية والمخبرية هي أشكال مختلفة من التقطير البسيط. تستخدم هذه التقنية الأساسية جهازًا ثابتًا أو معوجًا لتسخين السائل، ومكثفًا لتبريد البخار، ووعاءً لتجميع نواتج التقطير. عند تسخين خليط من المواد، يتم أولًا تقطير أكثرها تطايرًا، أو ذات درجة غليان أقل، ومن ثم تقطير المواد الأخرى، أو عدم تقطيرها على الإطلاق. يعد هذا الجهاز البسيط مثاليًا لتنقية السوائل التي تحتوي على مكونات غير متطايرة، كما أنه فعال جدًا في فصل المواد ذات نقاط الغليان المختلفة. للاستخدام المختبري، تكون أجزاء الجهاز عادة مصنوعة من الزجاج ومتصلة بسدادات أو خراطيم مطاطية أو أنابيب زجاجية. على المستوى الصناعي، المعدات مصنوعة من المعدن أو السيراميك.
تم تطوير طريقة تسمى التقطير التجزيئي أو التفاضلي لتكرير النفط لأن التقطير البسيط لفصل السوائل التي تختلف نقاط غليانها قليلاً غير فعال. في هذه الحالة، يتم تكثيف الأبخرة بشكل متكرر وتبخيرها في حاوية رأسية معزولة. تلعب خزانات البخار والأعمدة الجزئية والمكثفات دورًا خاصًا هنا، مما يسمح بإعادة جزء من المكثفات إلى المكعب. الهدف هو تحقيق اتصال وثيق بين المراحل المختلفة الصاعدة للخليط، بحيث تصل الأجزاء الأكثر تطايرًا فقط في شكل بخار إلى جهاز الاستقبال، ويعود الباقي كسائل نحو المقطر. تسمى تنقية المكونات المتطايرة نتيجة التلامس بين هذه التيارات المضادة بالتصحيح أو الإثراء.
وتسمى هذه الطريقة أيضًا بالتبخر الوميضي متعدد المراحل. وهذا نوع آخر من التقطير البسيط. فهو يستخدم، على سبيل المثال، لتقطير المياه في محطات تحلية المياه التجارية الكبيرة. تحويل السائل إلى بخار لا يحتاج إلى تسخين. إنه يسقط ببساطة من حاوية ذات ضغط جوي مرتفع إلى حاوية ذات ضغط جوي منخفض. وهذا يؤدي إلى تبخر سريع، مصحوبًا بتكثيف البخار إلى سائل.
يستخدم أحد أشكال عملية الضغط المنخفض مضخة فراغية لإنشاء الفراغ. تُستخدم هذه الطريقة، التي تسمى "التقطير الفراغي"، أحيانًا عند العمل مع مواد تغلي عادةً عند درجات حرارة عالية أو تتحلل عند الغليان في الظروف العادية.
تخلق مضخات التفريغ ضغطًا في العمود أقل بكثير من الضغط الجوي. وبالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام منظمات الفراغ. يعد التحكم الدقيق في المعلمات أمرًا مهمًا للغاية لأن كفاءة الفصل تعتمد على الفرق في التقلب النسبي عند درجة حرارة وضغط معينين. قد يؤثر تغيير هذه المعلمة سلبًا على العملية.
وفي الفراغ، يعرفون ذلك جيداً في مصافي النفط. تقوم طرق التقطير التقليدية بفصل الهيدروكربونات الخفيفة والشوائب عن الهيدروكربونات الثقيلة. يخضع المنتج المتبقي للتقطير الفراغي. وهذا يسمح بفصل الهيدروكربونات عالية الغليان مثل الزيوت والشموع عند درجات حرارة منخفضة. تُستخدم هذه الطريقة أيضًا لفصل المركبات الكيميائية العضوية الحساسة للحرارة ولاستعادة المذيبات العضوية.
التقطير بالبخار هو طريقة بديلة للتقطير عند درجات حرارة أقل من نقطة الغليان العادية. يتم استخدامه عندما لا تمتزج المادة المقطرة ولا تتفاعل كيميائياً مع الماء. ومن أمثلة هذه المواد الأحماض الدهنية وزيت فول الصويا. أثناء التقطير، يتم إدخال البخار إلى السائل، مما يؤدي إلى تسخينه ويسبب التبخر.
على الرغم من أن الأعمدة المعبأة تستخدم غالبًا للامتصاص، إلا أنها تستخدم أيضًا لتقطير مخاليط البخار والسائل. يوفر هذا التصميم مساحة سطح اتصال كبيرة، مما يزيد من كفاءة النظام. اسم آخر لهذا التصميم هو عمود التقطير.
مبدأ التشغيل على النحو التالي. يتم تغذية خليط المواد الخام من المكونات ذات التقلبات المختلفة في وسط العمود. يتدفق السائل للأسفل عبر الفوهة، ويتحرك البخار للأعلى. يدخل الخليط الموجود في قاع الخزان إلى المدفأة ويتركه مع البخار. يندفع الغاز إلى أعلى عبر الفوهة، ويلتقط أكثر مكونات السائل تطايرًا، ويترك العمود ويدخل إلى المكثف. بعد التسييل، يدخل المنتج إلى خزان الارتجاع، حيث يتم فصله إلى نواتج التقطير وجزء يستخدم في الارتجاع.
تؤدي التركيزات المختلفة إلى انتقال مكونات أقل تطايرًا من الطور البخاري إلى الطور السائل. يعمل الملحق على زيادة مدة ومساحة الاتصال مما يحسن كفاءة الفصل. عند المخرج، يحتوي البخار على أكبر قدر ممكن من المكونات المتطايرة، بينما في السائل يكون تركيزها في حده الأدنى.
يتم تعبئة الفوهات بكميات كبيرة وفي أكياس. يمكن أن يكون شكل الحشو عشوائيًا أو منظمًا هندسيًا. وهي مصنوعة من مواد مثل الطين أو البورسلين أو البلاستيك أو السيراميك أو المعدن أو الجرافيت. تتراوح أبعاد الحشو، كقاعدة عامة، من 3 إلى 75 ملم وتتميز بمساحة سطحية كبيرة عند ملامستها لخليط البخار والسائل. تتمثل ميزة التعبئة السائبة في إنتاجيتها العالية ومقاومتها للضغوط العالية والتكلفة المنخفضة.
تتمتع الحشوات المعدنية بقوة عالية وقابلية جيدة للتبلل. تتميز السيراميكيات بقدرة أعلى على البلل، لكنها ليست متينة. البلاستيك متين للغاية، لكنه لا يبتل جيدًا عند معدلات التدفق المنخفضة. نظرًا لأن حشوات السيراميك مقاومة للتآكل، فإنها تستخدم في درجات حرارة مرتفعة لا يستطيع البلاستيك تحملها.
فوهات الرزم عبارة عن شبكة منظمة تتوافق أبعادها مع قطر العمود. توفير قنوات طويلة لتدفق السوائل والبخار. إنها أكثر تكلفة، لكنها تقلل من انخفاض الضغط. يُفضل استخدام الفوهات المكدسة لمعدلات التدفق المنخفضة وظروف الضغط المنخفض. عادة ما تكون مصنوعة من الخشب أو الصفائح المعدنية أو الشبكة المنسوجة.
يستخدم لاستعادة المذيبات وفي صناعة البتروكيماويات.
الأعمدة الأكثر استخدامًا هي نوع القرص. يعتمد عدد اللوحات على درجة النقاء والتعقيد المطلوبين للفصل. إنه يؤثر على طول عمود التقطير.
مبدأ عملها هو على النحو التالي. يتم تغذية الخليط في منتصف ارتفاع العمود. يؤدي الاختلاف في التركيز إلى مرور مكونات أقل تطايرًا من تيار البخار إلى التيار السائل. يحتوي الغاز الخارج من المكثف على مواد أكثر تطايرًا، بينما تخرج المواد الأقل تطايرًا عبر المدفأة إلى التيار السائل.
تؤثر هندسة الصواني الموجودة في العمود على درجة ونوع الاتصال بين حالات الطور المختلفة للخليط. من الناحية الهيكلية، فهي مصنوعة من الغربال، والصمام، والغطاء، والشبكة، والشلال، وما إلى ذلك. ويتم استخدام صواني الغربال، التي تحتوي على فتحات للبخار، لضمان إنتاجية عالية بتكاليف منخفضة. أقراص الصمامات الرخيصة، التي تحتوي على فتحات مع صمامات فتح وإغلاق، تكون عرضة للانسداد بسبب تراكم المواد عليها. تحتوي القبعات على أغطية تسمح للبخار بالمرور عبر السائل من خلال فتحات صغيرة. هذه هي التكنولوجيا الأكثر تقدمًا والأكثر تكلفة، وفعالة عند معدلات التدفق المنخفضة. يتدفق السائل من صينية إلى أخرى عبر أنابيب الصرف العمودية.
غالبًا ما تُستخدم أعمدة الدرج لاستعادة المذيبات من نفايات العمليات. كما أنها تستخدم لاستعادة الميثانول أثناء عمليات التجفيف. يخرج الماء كمنتج سائل، وتمر النفايات العضوية المتطايرة إلى مرحلة البخار. هذا هو التقطير في عمود التقطير.
يتضمن التقطير المبرد تطبيق تقنيات التقطير الشائعة على الغازات التي تم تبريدها إلى الحالة السائلة. يعمل النظام في درجات حرارة أقل من -150 درجة مئوية. لهذا، يتم استخدام المبادلات الحرارية والملفات. الهيكل بأكمله يسمى كتلة المبردة. أدخل الوحدة ويتم تقطيرها في درجات حرارة منخفضة جدًا. يمكن تعبئة أعمدة التقطير المبردة أو تكديسها. يُفضل التصميم المكدس لأن المواد السائبة تكون أقل فعالية في درجات الحرارة المنخفضة.
أحد التطبيقات الرئيسية للتقطير المبرد هو فصل الهواء إلى الغازات المكونة له.
يستخدم التصحيح الاستخراجي مركبات إضافية تعمل كمذيب لتغيير التقلب النسبي لأحد مكونات الخليط. في عمود الاستخلاص، يضاف مذيب إلى المواد المراد فصلها. يتم دمج مكون تيار التغذية المراد استعادته مع مذيب ويخرج في الطور السائل. يتبخر المكون الآخر ويدخل في نواتج التقطير. ويتم التقطير الثاني في عمود آخر لفصل المادة عن المذيب، ثم يتم إعادته إلى الخطوة السابقة لتكرار الدورة.
يستخدم التصحيح الاستخراجي لفصل المركبات ذات نقاط الغليان المتشابهة والمخاليط الأزيوتروبية. لا يستخدم التصحيح الاستخراجي على نطاق واسع في الصناعة مثل التقطير التقليدي بسبب تعقيد تصميمه. ومن الأمثلة على ذلك عملية إنتاج السليلوز. يفصل السليلوز عن اللجنين، وينتج عن التقطير الثاني المادة النقية.
