تقطیر جزء به جزء چیست و چه کاربردی دارد؟
تقطیر جزء به جزء فرآیندی است که طی آن اجزا موجود در یک مخلوط شیمیایی با توجه به نقاط جوش متفاوت به قسمتهای مختلف (جزء به جزء) تقسیم می شوند. از تقطیر جزء به جزء برای تصفیه مواد شیمیایی و جداسازی مخلوط ها برای بدست آوردن اجزای آنها استفاده می شود.
از این روش برای تصفیه آب و همچنین جداسازی استون و آب و بسیاری از موارد دیگر استفاده می شود و در صنایع مختلف مانند پالایشگاه های نفت و کارخانه های شیمیایی عمدتاً برای تصفیه و جداسازی بسیاری از ترکیبات آلی استفاده می شود. این روش برای جداسازی اجزاء هوا (مایع شده) نیز استفاده می شود. اجزایی مانند نیتروژن مایع ، اکسیژن و همچنین آرگون غلیظ به عنوان محصول به دست می آید.
این روش در آزمایشگاه ها و در صنایع بسیار مورد استفاده قرار می گیرد و دارای اهمیت تجاری زیادی است. صنایع شیمیایی و پالایشگاه های نفت برای تولید فرآورده های خود به تقطیر جز به جز متکی هستند. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این رابطه ارائه می شود لطفا همراه ما باشید.
تفاوت تقطیر ساده و تقطیر جزء به جزء چیست؟
تقطیر ساده سریع تر و ساده تر است و انرژی کمتری مصرف می کند ، اما تنها در مواردی مفید است که اختلاف زیادی بین نقاط جوش جزهای مورد نظر (بیش از ۷۰ درجه سانتی گراد) وجود داشته باشد. اما اگر اختلاف دمای کمی بین جزها وجود داشته باشد ، تقطیر جز به جز بهترین روش برای جداسازی است.
کاربرد تقطیر جزء به جزء در صنعت
نمونه متداول تقطیر جزء به جزء در صنایع ، جداسازی اجزای مختلف نفت خام است. نفت خام به طور معمول حاوی موادی مانند موم پارافین ، بنزین ، گازوئیل ، نفتا ، نفت روانکاری و نفت سفید است. فرآیند تقطیر به جداسازی موثر این اجزا کمک می کند.
نفت خام در محفظه اضافه می شود و با بخار فشار بالا گرم می شود. مخلوط شروع به جوشیدن می کند و بخار تشکیل می شود. در این مرحله ، مواد مختلف وارد فاز بخار می شوند. بخار در ستون تقطیر جز به جز که از چندین صفحه تشکیل شده است بالا می رود. صفحات دارای سوراخ هایی هستند که باعث می شود بخار از درون آن عبور کند. دما معمولاً در بالای ستون تقسیم پایین نگه داشته می شود.
در اینجا ، اجزای با بیشترین نقطه جوش در قسمت پایین ستون متراکم می شوند در حالی که مواد با نقطه جوش کم در قسمت بالایی متراکم می شوند. بخارات متراکم یا جزهای مایع از کناره های ستون خارج می شوند. بخش های مایع جمع شده را می توان از طریق کندانسورها عبور داد تا حتی بیشتر خنک شوند.
روشهای مختلفی برای طبقه بندی بخش های مفیدی که از نفت خام تقطیر می شوند وجود دارد. یک روش کلی آن، تقسیم به سه دسته جز به جز سبک ، میانی و سنگین است. اجزای سنگین تر در دماهای بالاتر متراکم می شوند و در پایین ستون جمع اوری می شوند. جزهای سبک تر قبل از سرد شدن در دمای چگالش ، می توانند در ستون بالاتر بروند و در سطوح کمی بالاتر برداشته شوند.
جداسازی اجزاء نفت خام با تقطیر جز به جز
تقطیر سبک یکی از مهمترین بخش ها است و محصولات آن دارای نقطه جوش حدود ۷۰-۲۰۰ درجه سانتی گراد می باشد. هیدروکربن های مفید در این محدوده شامل بنزین ، نفتا (ماده اولیه شیمیایی) ، نفت سفید ، سوخت جت و پارافین است. این محصولات بسیار فرار هستند ، مولکول های کوچکی دارند ، دارای نقطه جوش کم هستند ، به راحتی جریان می یابند و به راحتی مشتعل می شوند.
تقطیر متوسط شامل محصولاتی است که دارای نقطه جوش ۲۰۰-۳۵۰ درجه سانتی گراد هستند. محصولات موجود در این محدوده شامل سوخت دیزل و گازوئیل است که در ساخت گاز شهری و گرمایش تجاری استفاده می شود.
تقطیر سنگین شامل محصولاتی با کمترین نوسان و دارای نقطه جوش بالاتر از ۳۵۰ درجه سانتی گراد است. این جزءها می توانند جامد یا نیمه جامد باشند و برای جریان یافتن باید گرم شوند. مازوت در این بخش تولید می شود. این محصولات دارای مولکول های بزرگی هستند ، نوسانات کمی دارند ، جریان کمی دارند و به راحتی مشتعل نمی شوند.
با این حال ، دو مولفه اصلی وجود دارد که در این سه دسته طبقه بندی نمی شوند . در بالای برج گازهایی وجود دارند که بیش از حد متراکم هستند و نمی توانند متراکم شوند ، مانند پروپان و بوتان. در پایین “باقیمانده” وجود دارد که دارای مولکول های بسیار سنگین و بسیار متراکم می باشد ، از جمله قیر و موم های دیگر. این دو دسته را برای تقطیر بیشتر تحت تقطیر بخار یا خلا قرار می دهند زیرا کارایی بسیاری در صنعت دارند.
آزمایش تقطیر جز به جز
تقطیر جز به جز الکل و آب نمی تواند اجزای مخلوط اتانول و آب را با وجود نقاط جوش مختلف این دو ماده شیمیایی را کاملاً جداسازی کند. آب در ۱۰۰ درجه سانتی گراد می جوشد در حالی که اتانول در ۷۸.۴ درجه سانتی گراد می جوشد. اگر مخلوط الکل و آب جوشانده شود ، اتانول در بخار متمرکز می شود ، اما فقط تا یک نقطه ، زیرا الکل و آب یک آزوتروپ تشکیل می دهند . هنگامی که این مخلوط به جایی برسد که از ۹۶٪ اتانول و ۴٪ آب تشکیل شده باشد ، ترکیب نسبت به اتانول فرارتر است (در ۷۸.۲ درجه سانتی گراد می جوشد).
طراحی ستون های تقطیر جزء به جزء
دو نوع عمده ستون تقطیر مورد استفاده شامل ستون های سینی و بسته بندی می باشد. ستون های بسته بندی معمولاً برای برج های کوچکتر و بارهایی که خورنده یا حساس به دما هستند یا برای سرویس خلا که افت فشار مهم است استفاده می شوند. از طرف دیگر ستون های سینی برای ستون های بزرگتر با بار مایع زیاد استفاده می شوند. آنها اولین بار در دهه ۱۸۲۰ در صحنه ظاهر شدند. در بیشتر عملیات پالایش نفت ، ستون های سینی عمدتا برای جداسازی بخش های مختلف نفت در مراحل مختلف تصفیه استفاده می شود.
در صنعت پالایش نفت ، طراحی و بهره برداری از برج های تقسیم هنوز به طور تجربی انجام می شود. محاسبات مربوط به طراحی ستون های تقطیر نفت در عمل معمولا به استفاده از نمودارهای قابل شمارش ، جداول و معادلات تجربی پیچیده نیاز دارد. با این وجود ، در سالهای اخیر ، کارهای قابل توجهی برای توسعه روشهای طراحی کارآمد و قابل اعتماد با کمک رایانه برای تقطیر فرکشنال انجام شده است.
تقطیر جز به جز هوای مایع چیست؟
برای جداسازی اجزاء هوا ابتدا آنرا از بین صافیهای ریز عبور می دهند تا ذرات گرد و غبار موجود در هوا گرفته شود. سپس هوا را تا دمای ۸۰- درجه سانتی گراد سرد کرده و آب و كربن دی اكسید را به صورت جامد از جدا می کنند. سپس هوای سرد را تا فشار ۱۰۰ اتمسفر فشرده می كنند و به صورت ناگهانی آنرا منبسط می كنند.
فرآیند فشرده سازی و انبساط را بطور مداوم تكرار می كنند تا دمای هوا به كمتر از ۲۰۰- درجه سانتی گراد برسد. در این دما، اجزای اصلی هوا به مایع تبدیل می شوند. در ستون تقطیر جزء به جزء دمای هوای مایع را به آرامی افزایش می دهند تا اجزاء آن در دمای جوش خود تبخیر شده، از ستون تقطیر خارج شود و بخارات حاصل را به طور جداگانه در مخزن های بزرگ جمع آوری می كنند.
در بین اجزاء هوا اكسیژن دارای دمای جوش ۱۸۳- درجه سانتی گراد است ، نیتروژن دارای دمای جوش ۱۹۶- درجه سانتی گراد و هلیم دارای دمای جوش ۲۶۹- درجه سانتی گراد است. این روش در مبحث تقطیر جز به جز هوای مایع شیمی دهم بطور کامل شرح داده شده است. برای درک بهتر این روند می توانید فیلم تقطیر جز به جز هوای مایع را نیز در اینترنت ببینید.
مزایای تقطیر جزء به جزء
اجرای آن آسان است
یکی از بزرگترین مزایای تقطیر جز به جز ، سهولت استفاده از آن است. تا زمانی که یک سیستم کاملاً کاربردی و کاملاً طراحی شده راه اندازی شده باشد ، می توانید آن را همانطور که هست برای انجام کارها به حال خود رها کنید. برای اطمینان از عملکرد صحیح سیستم ، فقط باید سیستم را مرتباً بررسی کنید ، بفهمید که آیا به تعمیر نیاز دارد و یا هر آنچه نیاز به رفع آن است را برطرف کنید. تنظیمات تقطیر جز به جز مدرن با استفاده از ریزپردازنده ها به صورت خودکار انجام می شود که این کار روند را حتی ساده تر می کند.
بسیار کارآمد است
با آزمایش های بی شماری و فرآیندهای واقعی اثبات شده است که این روش بسیار موثر می باشد. در حقیقت ، در بسیاری از محیط های صنعتی برای ایجاد محصولاتی که جامعه مدرن به آنها نیاز دارد ، به طور گسترده استفاده می شود.
به تولید سوخت مورد نیاز کمک می کند
از تقطیر جز به جز برای تصفیه نفت خام و تولید گازوئیل ، نفت سفید ، بنزین ، نفتا (که در ایجاد مواد شیمیایی استفاده می شود) و قیر (که برای سقف ها و جاده ها استفاده می شود) استفاده می شود. با این حساب ، به راحتی می توان نتیجه گرفت که این روش به پیشرفت و نوسازی زندگی بشر کمک زیادی کرده است.
معایب تقطیر جزء به جزء
از آنجاییکه این روش در طیف وسیعی از فرآیندهای صنعتی استفاده می شود ، بسیار مهم و سودمند می باشد . با این حال ، این روش چندین معایب را نیز به همراه دارد.
ممکن است گران باشد
در سطح صنعتی ، ساخت دستگاه تقطیر جز به جز هزینه بالایی دارد زیرا به ساختارهای بزرگ ، مواد سنگین و ماشین آلات تخصصی نیاز دارد. البته دستگاه تقطیر جز به جز آزمایشگاهی با هزینه بسیار کمتر امکان پذیر است. همچنین لازم است کارکنان در زمینه عملکرد سیستم ها کاملاً آموزش ببینند تا اطمینان حاصل کنند که آنها از نحوه استفاده از تجهیزات تقطیر مطلع هستند و اشتباه نمی کنند. بنابراین ، قبل از تأسیس یک پالایشگاه نفت یا کارخانه صنعتی ، مالکان ابتدا باید مبلغ قابل توجهی را صرف آموزش و آماده سازی کنند.
با خطرات عملیاتی همراه است
درست مانند هر فرآیندی که از گرما استفاده می کند ، تقطیر جز به جز طیف وسیعی از خطرات را برای افرادی که با آن کار می کنند، ایجاد می کند. یکی از بزرگترین خطرات انفجار است که اگر سیستم با اقدامات احتیاطی مناسب مجهز نباشد ، می تواند رخ دهد.
می تواند باعث آلودگی محیط زیست شود
این روش به خودی خود برای محیط زیست مضر نیست. آسیب اکولوژیکی آن به انواع مخلوط های مقطر بستگی دارد. به عنوان مثال تصفیه نفت خام می تواند منجر به آزاد شدن مقادیر زیادی مواد شیمیایی مضر در جو شود. همچنین می تواند به آلودگی رودخانه ها ، جویبارها کمک کند که این امر می تواند در صورت تخلیه نادرست فاضلاب از تصفیه خانه ها اتفاق بیفتد.
توضیح تقطیر جزء به جزء شیمی دهم
تقطیر جزئی صدها سال است که برای تصفیه و جداسازی مایعات مختلف استفاده می شود. اما امروزه بیشترین کاربرد آن در پالایشگاه های نفت و پتروشیمی است. تقطیر جز به جز فرآیندی است که شامل جدا کردن مخلوط به نمونه های کوچکتر با نقطه جوش مشابه است که به عنوان کسری یا فرکشنال شناخته می شود. در درجه اول برای جداسازی نفت خام استفاده می شود. نفت خام مخلوطی از هیدروکربن های تشکیل شده از مواد گیاهی و حیوانی است که در طی میلیون ها سال تحت دما و فشار بالا فشرده شده است.
تقطیر کسری از یک گرادیان دما برای جدا کردن نفت خام به بخش های مفیدتر هیدروکربن ها (عمدتا آلکان ها) با اندازه ها، نقاط جوش و خواص مشابه استفاده می کند. هیدروکربن های سنگین تر و با زنجیره بلندتر نقطه جوش بالاتری دارند. آنها در دماهای نسبتاً بالا متراکم می شوند و بنابراین به صورت یک کسری پایین تر در ستون جمع می شوند.
هیدروکربن های سبک تر و با زنجیره کوتاه تر نقطه جوش کمتری دارند. آنها در دماهای نسبتاً پایین متراکم می شوند و بنابراین به سمت بالای ستون به بالا رفتن ادامه می دهند. آنها فقط زمانی جمع آوری می شوند که دمای ستون به زیر نقطه جوش آنها کاهش یابد و به اندازه کافی خنک شود تا متراکم شوند. فراکسیون های نفت خام بسته به خواص آنها کاربردهای مختلفی دارند. آنها به عنوان سوخت، مصالح ساختمانی و مواد اولیه شیمیایی استفاده می شوند. سوزاندن بخش های نفت خام به عنوان سوخت اثرات منفی بر محیط زیست دارد، اما نفت خام به طور گسترده به عنوان بخش مهمی از زندگی مدرن در نظر گرفته می شود.
