عملیات تقطیر و انواع آن

آیا می دانستید شواهد تاریخی نشان می دهد که درروزگاران کهن نیز ازعملیات تقطیراستفاده شده است؟ این باور وجود دارد که شیمیدانان عرب در گذشته برای اولین بار از تقطیر برای جداکردن عطرها استفاده می کردند.

امروزه برای تصفیه و جداسازی اجزای سازنده یک محلول، روش های متنوعی بکار گرفته می شود که می توان تقطیررا یکی از مهم ترین و متداول ترین آن ها دانست. تقطیر یک نوع فرایند خالص سازی ترکیبات است که اساس کار آن، بر اختلاف نقطه جوش اجزاء تشکیل دهنده ترکیب است. به عبارت ساده تر، عملیات تقطیر شامل گرم کردن مخلوط در دمای مشخص، جمع آوری بخار داغ و متراکم کردن اجزای جداسازی شده می باشد.
در این فرایند، جزء فرار از اجزاء با فراریت کم یا غیر فرار تخلیص داده می شود.
عملیات تقطیر به روش های متفاوتی بسته به نوع ترکیب و کاربرد آن بکار گرفته می شود که در ادامه این مبحث به معرفی کامل آن ها می پردازیم.
انواع روش های تقطیر عبارتند از:
1. تقطیر ساده (Simple Distillation)
2. تقطیر جز به جز (Fractional Distillation)
3. تقطیر در خلا (Vacuum Distillation)
4. تقطیر توسط بخار (Hydro Distillation or Steam Distillation)
5. تقطیر مسیر کوتاه (Short Path Distillation)

تقطیر ساده (Simple Distillation)
در این فرآیند، محلول توسط عملیات تبخیر جداسازی شده و در نقاط مختلف چرخه خنک شوندگی جمع آوری و بلافاصله به کندانسور هدایت می شود.
تقطیر ساده در مواقعی که نقطه جوش اجزاء تشکیل دهنده، اختلاف نسبتا زیادی در حدود 70 درجه سانتی گراد دارند مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین در مواقعی که مخلوط شامل بخش های غیر فرار جامد یا روغن باشد و یا آن دسته از ترکیبات خالصی که ناخالصی کمتر از 10 درصد دارند، مورد استفاده قرار می گیرد.
تقطیر مجدد، فرآیند تکرار عمل تقطیر محصول بدست آمده از تقطیر اولیه است که به منظور افزایش درصد خلوص اجزاء جدا شده انجام می گیرد.
بطور مثال اگر دو ماده A (فراریت بیشتر) و B (فراریت کمتر) را فرض کنیم، محصول بدست آمده از عملیات تقطیر، بیشتر حاوی جزء A و مقداری جزء B می باشد. برای خلوص بیشتر محصول از جز A یک بار دیگر عمل تقطیر انجام می گیرد و در نهایت محصول نهایی با خلوص بیشتری از جز A را داریم.
از این روش برای دستیابی به آب آشامیدنی از آب های سخت یا آلوده و همچنین در روش سنتی تولید عطر، نوشیدنی های الکلی و صابون سازی استفاده می شود.

تقطیر جزء به جزء (Fractional Distillation)
ستون های تقطیر جزء به جزء، برای جداسازی اجزای تشکیل دهنده مخلوط هایی که فراریت و نقطه جوش آنها بسیار به هم نزدیک است و نمی توان جداسازی را توسط فرآیند تقطیر ساده انجام داد، مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش، ترکیبات بر اساس نقطه جوششان تبخیر شده و از ستون های برج تقطیر بالا می روند. میزان اختلاف نقطه جوش در این ترکیبات تقریبا برابر با 25 درجه سانتی گراد می باشد.
ستون های تقطیر جزء به جزء انواع گوناگونی دارند ولی با این وجود در برخی خصلت ها مشترکند. این ستون ها دارای مسیر عمودی هستند که سینی هایی در آن اعمال شده است که ترکیبات در فرآیند تقطیر از آن ها گذر می کنند. اجزا با کمترین نقطه جوش در بالاترین قسمت ستون جمع می شوند در حالی که بقیه با نقطه جوش بالاتر در پایین ستون باقی می مانند.
تقطیر جزء به جزء برای تصفیه الکل و بنزین در صنعت نفت بکار گرفته می شود. لازم به ذکر است که این روش در مقایسه با روش تقطیر ساده بسیار موثرتر و آسان تر است ولی از طرفی گران ترین روش نیز محسوب می شود.

تقطیر توسط بخار (Hydro Distillation or Steam Distillation) 
تقطیر توسط بخار جهت جداسازی مخلوط هایی مورد استفاده قرار می گیرد که دارای حساسیت دمایی یا گرمایی هستند مانند ترکیبات آلی.
در این فرآیند بخار مورد نظر به دستگاه معرفی شده و دمای ترکیب توسط تبخیر مستمر آن در دمای پایین، در کمترین حد باقی می ماند. در این روش ترکیباتی که به دما حساس هستند قبل از اینکه تجزیه شوند جداسازی می شوند. محلول حاصل شامل دو بخش آب و ترکیب خالص شده است که توسط روش تقطیر ساده جداسازی می شود. سپس بخار بدست آمده جمع آوری شده و همانند دیگر روش ها متراکم می شود.
تقطیر با بخار به طور گسترده ای برای جداسازی روغن ها، چربی ها، واکس، و عطر در مقیاس بالا استفاده می شود .

تقطیر در خلاء (Vacuum Distillation) 
تقطیر در خلا یک روش منحصر به فرد جداسازی ترکیبات است که در فشاری کمتر از فشار استاندارد انجام می شود.در این حالت ترکیب مورد نظر در دمایی پایین تر از دمای جوش خود بجوش می آید.
از این رو تقطیر در خلا بهترین راه برای جداسازی ترکیباتی با نقطه جوش بالا است که تمایل به تجزیه در دمای جوش خود را دارند.
این روش می تواند بدون گرم کردن مخلوط قابل اجرا باشد در صورتی که در دیگر روش ها نمی توان به این صورت عمل کرد.
این نکته درخور توجه است که می توان این روش از تقطیر را جهت عملکرد بهتر با روش های دیگر ترکیب کرد. به طور مثال، برای جداسازی برخی ترکیبات معطر، از تقطیر در خلاء به همراه تقطیر با بخار استفاده می شود. هنگامی که تقطیر در خلاء با روش تقطیر جزء به جزء ترکیب می شوند، می توان عملیات جداسازی اجزا را با کیفیت بهتری انجام داد.

تقطیر مسیر کوتاه (Short Path Distillation)
تقطیر مسیر کوتاه یک تکنیک جداسازی حرارتی است که در محدوده فشاری 1 الی 001/0 میلی بار انجام می پذیرد. بر پایه این روش ترکیبات جدا شده بلافاصله بدون انتقال یه کندانسور متراکم می شوند. کندانسور با ساختاری عمودی بین فلاسک گرمایی و فلاسک جمع آوری کننده تعبیه شده است. همانند روش تقطیر در خلاء، فشار ستون کمتر از فشار اتمسفر در نظر گرفته می شود.
تقطیر مسیر کوتاه عمدتا برای جداسازی ترکیبات آلی با وزن مولکولی بالا بکار می رود که یکی از پرکاربردترین آنها در صنایع داروسازی می باشد. همچنین از این روش برای تهیه روغن های خوراکی و چربی نیز استفاده می شود..

یکی دیگر از مواردی که در طبقه بندی تقطیرها بسیار مورد توجه قرار می گیرد مقدار و نحوه اعمال خوراک به ستون هاست. به عبارت دیگرخوراک را می توان به دو صورت ناپیوسته (Batch) و ناپیوسته (Continuous) به سیستم وارد نمود. که در ادامه تعاریفی از آن ها ذکر شده است.
تقطیر ناپیوسته
تقطیر ناپیوسته یا تقطیر دیفرانسیلی، نوعی از عمل تقطیر است که خوراک مربوطه به صورت ناپیوسته و دسته ای به ستون تقطیر وارد می شود، زیرا ترکیب مواد اولیه در طول تقطیر تغییر می کند. در این روش مخلوط به ستون جداسازی اعمال می شود و پس از جداسازی اجزاء مجددا به مقدار آن اضافه می شود.
تقطیر پیوسته
یکی از مرسوم ترین روش های تقطیر صنعتی، تقطیر پیوسته نام دارد. در این روش خوراک به طور پیوسته و بدون هیچ گونه وقفه ای به ستون ها وارد می شود که این خود باعث کنترل بهتر فرآیند جداسازی می شود. در این فرآیند برای یک نوع خوراک مشخص شرایط عملیاتی ثابتی بکار گرفته می شود که به علت ثابت بودن شرایط در مقایسه با تقطیر ناپیوسته به مراقبت و نیروی انسانی کمتری نیاز است و به همین دلیل این روش از نظر اقتصادی بودن از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

از میان انواع مختلف روش های تقطیر ذکرشده، دو روش تقطیر ساده و تقطیر جزء به جزء، دارای گستره ی عملیاتی وسیع تری در صنایع نفت و مشتقات آن، کارخانجات شیمیایی و آزمایشگاه ها می باشند.
واژگان انگلیسی کاربردی این مبحث: