تويت
التقطير Distillation - التقطير هي العملية التي يتم فيها تحويل المادة من الحالة السائلة الى الحالة البخارية ثم تكثيف البخار بالمكثف (التبريد) الى سائل مرة ثانية (سائل نقي).
- أو هو تسخين السائل الى الدرجة الحرارية الى يتحول عندها الى بخار ثم تكثيف البخار ليعود الى سائل مرة اخرى واستقباله في جزء اخر من الجهاز .
- أي تحدث عمليتان في آن واحد (تبخر وتكيف)، التبخير هو عند تسخين السائل والتبريد يتم في جزء من الجهاز يدعى المكثف.
أنواع التقطير Types of Distillation
أولاً/ التقطير البسيط Simple distillation
يستخدم هذا النوع من التقطير بشكل شائع جدا في الحالات التالية :
(1) تنقية السوائل من المواد الصلبة غير المتطايرة.
(2) فصل سائلين أو اكثر اعتماداً على الأختلاف في درجات غليانها (اكثر من 50Co)
(3) قياس درجة الغليان الحقيقة للسوائل.
كيف يحدث التقطير
- عند تسخين مادة في دورق التقطير بلهب ضئيل فالضغط البخاري للسائل (هو قابلية الجزيئات على الافلات من سطح السائل) سوف يزداد حتى يتساوى مع الضغط الخارجي .
- وباستمرار التسخين يجهز حرارة تبخر كافية لتحويل السائل الى بخار وتصعد الأبخرة خلال رقبة الدورق ثم تتكاثف وتعود الى دورق التقطير.
- وعندما تسخن رقبة الدورق تخرج الأبخرة من خلال الفتحة الجانبية لدورق التقطير ثم تمر عبر المكثف الى اناء جمع المادة ويستمر التقطير حيث يكون قطرة او قطرتين كل ثانية.
التقطير التجزيئي Fractional distillation
- يستخدم هذا النوع من التقطير لفصل مزيج من السوائل يكون الفرق في درجة غليانها قليل (رابع كلوريد الكربون والتولوين) أو (بنزين والماء) أو (الميثانول والماء).
- وفي هذا النوع من التقطير يستخدم عمود التجزئة (وهو عبارة عن أنابيب زجاجية مملوءة بكرات زجاجية أو تمتد الى تجويفها الداخلي نتوءات زجاجية من سطحها وتكون متشابكة.
فائدة التقطير التجزيئي
(1) تجهيز سطح واسع يعمل على تبريد جزء من الأبخرة وتكاثفها.
(2) تستعمل لتقليص عدد مرات التقطير اللازمة لفصل مادتين فصلاً كاملاً حيث تقوم بسلسلة من عمليات تكثيف الأبخرة وتبخر المواد المكثفة منها جزئياً ، فإذا انخفضت درجة حرارة البخار فأنه يتكثف جزئياً معطياً سائلاً غنياً بالمادة الأقل تطايراً ويترك البخار غنياً بالمادة الأكثر تطايراً ، واذا ما أعيدت هذه العملية فالبخار الصاعد الى العمود يكون أغنى بالمادة الأكثر تطايراً اما السائل النازل فيكون اغنى بالمادة الأقل تطايراً .
بعض الملاحظات التي يجب ان تؤخذ بنظر الاعتبار عند التقطير التجزيئي
(1) وضع دورق الاستقبال Receiver بحيث أن نهاية المكثف تمس الجدار الداخلي للدورق .
(2) تزييت مواقع الأرتباط مثل رأس التقطير بدهن الكريز .
(3) المادة الأكثر تطايراً هي المادة الأقل درجة غليان وهي التي تنفصل اولاً.
(4) إضافة حجر الغليان .
(5) إن نجاح عملية التقطير التجزيئي يعتمد على :
(أ) مدى ثبات سرعة التقطير (قطرة او قطرتين بالثانية) وذلك باستخدام لهب ضعيف ويفضل استخدام مصدر كهربائي ذو منظم (mental heating) حيث يعمل على تنظيم درجة حرارة السائل للحصول على حالة اتزان تام بين السائل والبخار.
(ب) عدم وجود تبادل حراري مع المحيط الخارجي ولتجنب ذلك يلف عمود التجزئة بمواد عازلة (شرائط من صوف الزجاج أو قطعة قماش أو شريط تسخين كهربائي يلف حول العمود).
- يستخدم الجهاز التالي فى فصل البنزين عن التولوين باستخدام التقطير التجزيئي.
التقطير بالبخار Steam distillation
الغرض من التقطير بالبخار
(1) فصل السوائل التي لا تمتزج مع الماء.
(2) تنقية المركبات ذات درجات الغليان العالية من الشوائب حيث أن تلك المركبات تتفكك عند درجات غليانها، لكن باستخدام التقطير البخاري تنقى عند درجة حرارية حيث تكون ثابتة عند ذلك الدرجة .
(3) يستفاد من عملية التقطير البخاري في فصل بعض المواد عن بعضها . حيث أن بعض المواد غير الممتزجة مع الماء تكون متطايرة مع البخار والبعض تكون غير متطايرة ، حيث تطبق هذه العملية في الحصول على الزيوت الطبيعية والتي يمكن فصلها كمواد متطايرة ومواد غير متطايرة بالبخار.
- تتلخص نظرية التقطير البخاري بخفض درجة غليان مزيج الماء والمادة التي تتقطر بالبخار .
- وكما هو معروف فأن الأبخرة المشبعة للسوائل التي لا تمتزج كلياً تتبع قانون دالتون : (عند مزج بخار أو غاز مادتين أو أكثر لا يتفاعلان كيميائياً وفي درجة حرارة معينة يسلط كل غاز او بخار في هذا المزيج ضغطاً كما لو كان لوحده في ذلك النظام، وأن مجموع هذه الضغوط يساوي الضغط الكلي المسلط من قبل النظام
..... + PT = PA + PB
حيث ان PT : تمثل الضغط الكلي (وهو الضغط الجوي الخارجي) .
- لذا فعند تقطير سائلين لا يمتزجان فان درجة الغليان ستمثل الدرجة الحرارية التي يكون عندها مجموع الضغوط البخارية مساوياً للضغط الجوي .
- الشكل التالي يوضح شكل جهاز التقطير البخاري
التقطير التفريغي vacuum distillation
- تعرف أيضاً بعملية التقطير تحت ضغط منخفض أو التقطير تحت الضغط المخلخل
- هو نوع من التقطير يفرغ فيه الهواء الموجود فوق المخلوط السائل في القارورة إلى ضغط يقل عن ضغط البخار (لذلك تسمى بعملية التقطير الفراغي) مما يسمح بتبخر معظم المكونات الطيارة، وعلى الأخص تبخر المكونات ذات درجة غليان منخفضة.
- أي أن عملية التقطير التفريغي تتم تحت ضغط أقل من 1 ضغط جوي .
- تستغل طريقة التقطير بالتفريغ ظاهرة أن غليان سائل يحدث عندما يتساوى كل من ضغط البخار للسائل مع الضغط المحيط به. ويستخدم تقطير بالبخار إما برفع درجة حرارة المخلوط أو أيضا بدون الحاجة إلى رفع درجة حرارته.
- يستخدم التقطير الفراغي لفصل المكونات التي تحتوي على نقاط غليان عالية.
- خفض ضغط الجهاز يقلل من نقاط الغليان. خلاف ذلك ، فإن العملية مشابهة لأشكال أخرى من التقطير.
- يكون التقطير الفراغي مفيداً بشكل خاص عندما تتجاوز نقطة الغليان العادية درجة حرارة التحلل (التفكك) للمركب.
حالات استخدام التقطير التخلخلي
- عندما ترتفع درجة حرارة المركب بدرجة عالية ، فإنه قد يتعرض للتحلل، ولتجنب ذلك، يستخدم التقطير التخلخلي، حتى لا يتعرض المركب أو المذيب للتحلل.
- أو هو تسخين السائل الى الدرجة الحرارية الى يتحول عندها الى بخار ثم تكثيف البخار ليعود الى سائل مرة اخرى واستقباله في جزء اخر من الجهاز .
- أي تحدث عمليتان في آن واحد (تبخر وتكيف)، التبخير هو عند تسخين السائل والتبريد يتم في جزء من الجهاز يدعى المكثف.
أنواع التقطير Types of Distillation
أولاً/ التقطير البسيط Simple distillation
يستخدم هذا النوع من التقطير بشكل شائع جدا في الحالات التالية :
(1) تنقية السوائل من المواد الصلبة غير المتطايرة.
(2) فصل سائلين أو اكثر اعتماداً على الأختلاف في درجات غليانها (اكثر من 50Co)
(3) قياس درجة الغليان الحقيقة للسوائل.
كيف يحدث التقطير
- عند تسخين مادة في دورق التقطير بلهب ضئيل فالضغط البخاري للسائل (هو قابلية الجزيئات على الافلات من سطح السائل) سوف يزداد حتى يتساوى مع الضغط الخارجي .
- وباستمرار التسخين يجهز حرارة تبخر كافية لتحويل السائل الى بخار وتصعد الأبخرة خلال رقبة الدورق ثم تتكاثف وتعود الى دورق التقطير.
- وعندما تسخن رقبة الدورق تخرج الأبخرة من خلال الفتحة الجانبية لدورق التقطير ثم تمر عبر المكثف الى اناء جمع المادة ويستمر التقطير حيث يكون قطرة او قطرتين كل ثانية.
التقطير التجزيئي Fractional distillation
- يستخدم هذا النوع من التقطير لفصل مزيج من السوائل يكون الفرق في درجة غليانها قليل (رابع كلوريد الكربون والتولوين) أو (بنزين والماء) أو (الميثانول والماء).
- وفي هذا النوع من التقطير يستخدم عمود التجزئة (وهو عبارة عن أنابيب زجاجية مملوءة بكرات زجاجية أو تمتد الى تجويفها الداخلي نتوءات زجاجية من سطحها وتكون متشابكة.
فائدة التقطير التجزيئي
(1) تجهيز سطح واسع يعمل على تبريد جزء من الأبخرة وتكاثفها.
(2) تستعمل لتقليص عدد مرات التقطير اللازمة لفصل مادتين فصلاً كاملاً حيث تقوم بسلسلة من عمليات تكثيف الأبخرة وتبخر المواد المكثفة منها جزئياً ، فإذا انخفضت درجة حرارة البخار فأنه يتكثف جزئياً معطياً سائلاً غنياً بالمادة الأقل تطايراً ويترك البخار غنياً بالمادة الأكثر تطايراً ، واذا ما أعيدت هذه العملية فالبخار الصاعد الى العمود يكون أغنى بالمادة الأكثر تطايراً اما السائل النازل فيكون اغنى بالمادة الأقل تطايراً .
بعض الملاحظات التي يجب ان تؤخذ بنظر الاعتبار عند التقطير التجزيئي
(1) وضع دورق الاستقبال Receiver بحيث أن نهاية المكثف تمس الجدار الداخلي للدورق .
(2) تزييت مواقع الأرتباط مثل رأس التقطير بدهن الكريز .
(3) المادة الأكثر تطايراً هي المادة الأقل درجة غليان وهي التي تنفصل اولاً.
(4) إضافة حجر الغليان .
(5) إن نجاح عملية التقطير التجزيئي يعتمد على :
(أ) مدى ثبات سرعة التقطير (قطرة او قطرتين بالثانية) وذلك باستخدام لهب ضعيف ويفضل استخدام مصدر كهربائي ذو منظم (mental heating) حيث يعمل على تنظيم درجة حرارة السائل للحصول على حالة اتزان تام بين السائل والبخار.
(ب) عدم وجود تبادل حراري مع المحيط الخارجي ولتجنب ذلك يلف عمود التجزئة بمواد عازلة (شرائط من صوف الزجاج أو قطعة قماش أو شريط تسخين كهربائي يلف حول العمود).
- يستخدم الجهاز التالي فى فصل البنزين عن التولوين باستخدام التقطير التجزيئي.
التقطير بالبخار Steam distillation
الغرض من التقطير بالبخار
(1) فصل السوائل التي لا تمتزج مع الماء.
(2) تنقية المركبات ذات درجات الغليان العالية من الشوائب حيث أن تلك المركبات تتفكك عند درجات غليانها، لكن باستخدام التقطير البخاري تنقى عند درجة حرارية حيث تكون ثابتة عند ذلك الدرجة .
(3) يستفاد من عملية التقطير البخاري في فصل بعض المواد عن بعضها . حيث أن بعض المواد غير الممتزجة مع الماء تكون متطايرة مع البخار والبعض تكون غير متطايرة ، حيث تطبق هذه العملية في الحصول على الزيوت الطبيعية والتي يمكن فصلها كمواد متطايرة ومواد غير متطايرة بالبخار.
- تتلخص نظرية التقطير البخاري بخفض درجة غليان مزيج الماء والمادة التي تتقطر بالبخار .
- وكما هو معروف فأن الأبخرة المشبعة للسوائل التي لا تمتزج كلياً تتبع قانون دالتون : (عند مزج بخار أو غاز مادتين أو أكثر لا يتفاعلان كيميائياً وفي درجة حرارة معينة يسلط كل غاز او بخار في هذا المزيج ضغطاً كما لو كان لوحده في ذلك النظام، وأن مجموع هذه الضغوط يساوي الضغط الكلي المسلط من قبل النظام
..... + PT = PA + PB
حيث ان PT : تمثل الضغط الكلي (وهو الضغط الجوي الخارجي) .
- لذا فعند تقطير سائلين لا يمتزجان فان درجة الغليان ستمثل الدرجة الحرارية التي يكون عندها مجموع الضغوط البخارية مساوياً للضغط الجوي .
- الشكل التالي يوضح شكل جهاز التقطير البخاري
التقطير التفريغي vacuum distillation
- تعرف أيضاً بعملية التقطير تحت ضغط منخفض أو التقطير تحت الضغط المخلخل
- هو نوع من التقطير يفرغ فيه الهواء الموجود فوق المخلوط السائل في القارورة إلى ضغط يقل عن ضغط البخار (لذلك تسمى بعملية التقطير الفراغي) مما يسمح بتبخر معظم المكونات الطيارة، وعلى الأخص تبخر المكونات ذات درجة غليان منخفضة.
- أي أن عملية التقطير التفريغي تتم تحت ضغط أقل من 1 ضغط جوي .
- تستغل طريقة التقطير بالتفريغ ظاهرة أن غليان سائل يحدث عندما يتساوى كل من ضغط البخار للسائل مع الضغط المحيط به. ويستخدم تقطير بالبخار إما برفع درجة حرارة المخلوط أو أيضا بدون الحاجة إلى رفع درجة حرارته.
- يستخدم التقطير الفراغي لفصل المكونات التي تحتوي على نقاط غليان عالية.
- خفض ضغط الجهاز يقلل من نقاط الغليان. خلاف ذلك ، فإن العملية مشابهة لأشكال أخرى من التقطير.
- يكون التقطير الفراغي مفيداً بشكل خاص عندما تتجاوز نقطة الغليان العادية درجة حرارة التحلل (التفكك) للمركب.
حالات استخدام التقطير التخلخلي
- عندما ترتفع درجة حرارة المركب بدرجة عالية ، فإنه قد يتعرض للتحلل، ولتجنب ذلك، يستخدم التقطير التخلخلي، حتى لا يتعرض المركب أو المذيب للتحلل.