[h=2]
تقطیر جزبه جز(fractional distillation)[/h] در ساده ترین مورد تقطیر مایع را در اثر حرارت تبخیر کرده وبخارهای حاصل را در یک مبرد به صورت مایع جمع آوری می کنند.چون در اینجا فقط یک فاز یعنی بخار حرکت می کند از تقطیر جریان ثابت (تقطیر ساده) صحبت می شود. اگر برعکس یک قسمت از بخار مایع شده در جهت عکس سقوط بخار دائما" به داخل بالون تقطیر باز گردد.با یک تقطیر جریان مستقیم سرو کار داریم،تقطیر جریان متغییر یا تقطیر جزبه جز در ستونهای تقطیر انجام می گیرد. برای جدا سازی مخلوطهایی از تقطیر جز به جز استفاده می شود که دارای دو جز با دمای جوش مختلف باشد.در این حالت به جای آنکه چندین بار تقطیر ساده را انجام دهیم از تقطیر جز به جز استفاده می کنیم.این روش به کمک ستونهای تقطیر زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که برای جدا کردن یک مخلوط تقطیر ساده کافی نباشد.چنانچه اختلاف فراریت اجسامی که باید از یکدیگر جدا شوند چندان کافی نباشد در این صورت نمی توان آنها را با یک بار تبخیر از هم جدا کرددر این گونه موارد عمل تبخیر باید تحت شرایطی چندین بار تکرار شود. با کمک ستونهای تقطیر این خواسته می تواند در یک مرحله انجام شود.اغلب برای مبتدی روشن نیست که چه موقع عمل تقطیر جز به جز با ستونهای تقطیر ضرورت دارد. اغلب قابلیت جداسازی در تقطیر ساده جریان ثابت بیش از آنچه هست براورد میشود.
قطیر جزء به جزء : اجزای سازنده محلول شامل دو یاچند فرار را که از قانون رائول پیروی می‌کنند، میتوان با فرایند تقطیر جزء به جزء از هم جدا کرد. طبق قانون رائول ، فشار بخار محلول برابر با مجموع اجزای سازنده آن است و سهم هر جزء برابر با حاصلضرب کسر مولی آن جزء به جزء در فشار بخار آن در حالت خاص است. در تقطیر محلولی از B و A ، غلظت A در بخاری که خارج شده و مایع میشود، بیش از غلظت آن در مایع باقی مانده است. با ادامه عمل تقطیر ، ترکیب درصد اجزا در بخار و مایع دائما تغییر میکند و این در هر نقطه عمومیت دارد. با جمع آوری مایعی که از سردشدن بخار حاصل میشود و از تقطیر مجدد آن و با تکراری پی در پی این عمل ، سرانجام میتوان اجزای سازنده مخلوط اصلی را به صورتی واقعا خالص بدست آورد.
از نظر سهولت در اينجا فقط محلولهاي ايده آل دو تايي را كه محتوي دو جز فرار RوSباشند در نظر مي گيريم.محلول ايده ال به محلولي اطلاق مي شود كه در آن اثرات بين مولكولهاي متجانس مشابه با اثرات بين مولكولهاي غير متجانس باشد.گرچه فقط محلولهاي ايده ال به طور كامل از قانون رائول پيروي مي كنند ولي بسياري از محلولهاي آلي به محلولهلي ايده آل نزديك هستند.
تقطير جزبه جز محلول هاي غير ايده ال
گرچه بيشتر مخلوط هاي يكنواخت مايع به صورت محلولهاي ايده ال عمل مي كنندولي نمونه هاي بسياري وجود دارد كه نحوه عمل آنها ايده آل نيست.در اين محلولها مولكولهاي غير متجانس در مجاورت يكديگر به طور يكسان عمل نمي كنند انحراف حاصل از قانون رائول به دو روش انجام ميگيرد:
بعضي از محلولها فشار بخار بيشتري از فشار بخار پيش بيني شده ظاهر مي سازندوگفته مي شود كه انحراف مثبت دارند. بعضي ديگر فشار بخار كمتري از فشار پيش بيني شده آشكار مي كنندومي گويند كه انحراف منفي نشان مي دهند.
در انحراف مثبت نيروي جاذبه بين مولكولهاي مختلف دو جز سازنده ضعيف تر از نيروي جاذبه بين مولكولهاي مشابه يك جز است و در نتيجه در حدود تركيب درصد معيني فشار بخار مشترك دو جز بزرگتر از فشار بخار جز خالصي مي شود كه فرارتر است.بنابراين مخلوط هايي كه تركيب درصد آنها در اين حدود باشد درجه جوش كمتري از هر يك از دو جز خالص دارند.مخلوطي كه در اين حدود حداقل درجه جوشش را دارد بايد به صورت جز سوم در نظر گرفته شود.اين مخلوط نقطه جوش ثابتي دارد زيرا تركيب درصد بخاري كه در تعادل با مايع است با تركيب درصد خود مايع برابر است.چنين مخلوطي را آزئوتروپ يا مخلوط آزئوتروپ با جوشش ميني مم مي نامند.از تقطير جز به جز اين مخلوط ها هر دو جز به حالت خالص به دست نمي آيد بلكه جزيي كه تركيب درصد آن از تركيب درصد آزئوتروپ بيشتر باشد توليد مي شود.
در انحراف منفي از قانون رائول نيروي جاذبه بين مولكولهاي مختلف دو جز قويتر از نيروي جاذبه بين مولكولهاي مشابه يك جز است ودر نتيجه تركيب درصد معيني فشار بخار مشترك دو جز كمتر از فشار بخار جز خالص مي شودكه فرارتر است.بنابراين مخلوط هايي كه تركيب درصد آنها در اين حدود باشد حتي نسبت به جز خالصي كه نقطه جوش بيشتري دارد در درجه حرارت بالاتري مي جوشند.در اينجا تركيب درصد به خصوصي وجود دارد كه به آزئو تروپ با جوشش ماكسيمم مربوط مي شود.تقطير جز به جز محلولهايي كه تركيب درصدي غير از تركيب درصد آزئوتروپ دارندباعث خروج جزيي مخلوط مي شودكه تركيب درصد آن از آزئوتروپ بيشتر باشد.
ستونهاي تقطير جز به جز:
اين ستونها انواع متعددي داردولي در تمام آنها خصلت هاي مشابهي وجود دارد.اين ستونها مسير عمودي را به وجود مي آورند كه بايد بخار در انتقال از ظرف تقطير به مبرد از آن بگذرد.اين مسير به مقدار قابل ملاحظه اي از مسير دستگاه تقطير ساده طويل تر است.هنگام انتقال بخار از ظرف تقطير به بالاي ستون مقداري از بخار متراكم مي شود.چنان چه قسمت پايين اين ستون نسبت به قسمت بالاي آن در درجه حرارت بيشتري نگه داري شود مايع متراكم شده و در حالي كه به پايين ستون مي ريزد دوباره به طور جزيي تبخير مي شود .بخار متراكم نشده همراه بخاري كه از تبخير مجدد مايع متراكم شدهحاصل مي شود در داخل ستون بالاتر مي رود واز يك سري تراكم وتبخير مي گذرد.اين اعمال باعث تقطير مجدد مايع مي شود و به طوريكه در هر يك از مراحل فاز بخاري كه به وجود مي آيد نسبت به جز فرارتر غني تر مي شود.ماده متراكم شده اي كه به پايين ستون مي ريزددر مقايسه با بخاري كه با آن در تماس است در هر يك از مراحل نسبت جزيي كه فراريت كمتري دارد غني تر مي شود.
در شرايط ايده ال بين فازهاي مايع و بخار در سراسر ستون تعادل برقرار مي شود و فاز بخار بالايي تقريبا به طور كامل از جز فرارتر تشكيل مي شود و فاز مايع پاييني نسبت به جزيي كه فراريت كمتري دارد غني تر مي شود.
مهم ترين شرايطي كه براي ايجاد اين حالت لازم است عبارتند از :
1-تماس كامل و مداوم بين فازهاي بخار و مايع در ستون
2-حفظ افت مناسبي از درجه حرارت در طول ستون
3-طول كافي ستون
4-اختلاف كافي در نقاط جوش اجزاي مخلوط مايع.
چنان چه دو شرط اول كاملا مراعات شود مي توان با يك ستون طويل تركيباتي كه اختلاف كمي در نقطه ي جوش دارند به طور رضايت بخش از هم جدا كرد .زيرا طول ستون مورد لزوم و اختلاف نقاط جوش اجزا با هم نسبت عكس دارند.معمول ترين راه ايجاد تماس لازم در بين فازهاي مايع آن است كه ستون با مقدارري ماده بي اثر مانند شيشه يا سراميك يا تكه هاي فلزي به اشكال مختلف كه سطح تماس وسيعي را فراهم مي كندپر شود. يكي از راه هاي بسيار موثر ايجاد اين تماس بين مايع و بخار آن است كه نوار چرخاني از فلز يا تفلون كه با سرعت زياذي در داخل ستون بچرخد به كار رود.
اين عمل نسبت به ستون هاي پر شده اي كه قدرت مشابهي دارند اين مزيت را دارد كه ماده كمي را در داخل ستون نگاه مي دارد(منظور از اين نگه داري مقدار مايع و بخاري است كه براي حفظ شرايط تعادل در داخل ستون لازم است.)
تقطیر تبخیر ناگهانی
در این نوع تقطیر ، مخلوطی از مواد نفتی که قبلا در مبدلهای حرارتی و یا کوره گرم شده‌اند، بطور مداوم به ظرف تقطیر وارد میشوند و تحت شرایط ثابت ، مقداری از آنها به صورت ناگهانی تبخیر میشوند. بخارات حاصله بعد از میعان و مایع باقیمانده در پایین برج بعد از سرد شدن به صورت محصولات تقطیر جمع آوری میشوند. در این نوع تقطیر ، خلوص محصولات چندان زیاد نیست.
تقطیر با مایع برگشتی (تقطیر همراه با تصفیه(
در این روش تقطیر ، قسمتی از بخارات حاصله در بالای برج ، بعد از میعان به صورت محصول خارج شده و قسمت زیادی به داخل برج برگردانده میشود. این مایع به مایع برگشتی موسوم است. مایع برگشتی با بخارات در حال صعود در تماس قرار داده میشود تا انتقال ماده و انتقال حرارت ، صورت گیرد. از آنجا که مایعات در داخل برج در نقطه جوش خود هستند، لذا در هر تماس مقداری از بخار ، تبدیل به مایع و قسمتی از مایع نیز تبدیل به بخار میشود.
نتیجه نهایی مجوعه این تماسها ، بخاری اشباع از هیدروکربنهای با نقطه جوش کم و مایعی اشباع از مواد نفتی با نقطه جوش زیاد میباشد.در تقطیر با مایع برگشتی با استفاده از تماس بخار و مایع ، میتوان محصولات مورد نیاز را با هر درجه خلوص تولید کرد، مشروط بر اینکه به مقدار کافی مایع برگشتی و سینی در برج موجود باشد. بوسیله مایع برگشتی یا تعداد سینیهای داخل برج می‌توانیم درجه خلوص را تغییر دهیم. لازم به توضیح است که ازدیاد مقدار مایع برگشتی باعث افزایش میزان سوخت خواهد شد. چون تمام مایع برگشتی باید دوباره به صورت بخار تبدیل شود.
امروزه به علت گرانی سوخت ، سعی میشود برای بدست آوردن خلوص بیشتر محصولات ، به جای ازدیاد مایع برگشتی از سینیهای بیشتری در برجهای تقطیر استفاده شود. زیاد شدن مایع برگشتی موجب زیاد شدن انرژی میشود. برای همین ، تعداد سینیها را افزایش می‌دهند. در ابتدا مایع برگشتی را 100درصد انتخاب کرده و بعد مرتبا این درصد را کم می‌کنند و به صورت محصول خارج می‌کنند تا به این ترتیب دستگاه تنظیم شود.
انواع مایع برگشتی
شود. به عنوان قانون کلی می توان گفت در مواردی عمل تقطیر جز به جز باید انجام گیرد که اختلاف نقطه جوش موادی که باید از هم جدا شوند کمتر از 80 درجه سانتیگراد باشد. از تقطیر جز به جز برای جدا کردن مخلوط مایعاتی استفاده می شود که ایده آل باشند یعنی اجزای مایع مشابه هم باشند. و با هم برهمکنشی نداشته باشند.وبه هر نسبتی با هم مخلوط شوند. (نه جاذبه خاصی باشد نه دافعه و هر دو مایعات مستقل عمل کنند )یعتی مخلوط مایع از قانون رائول پیروی کند.اگر مایعات دارای جاذبه باشند فشار بخار کمتر می شود پس مایع دیر تر می جوشد نقطه جوش مخلوط بیشتر از تک تک اجزا خواهد بود و بر عکس اگر مایعات دارای دافعه باشند فشار بخار بیشتر می شود. پس مایع زودتر می جوشد و دمای مشاهده شده کمتر از دمای تک تک اجزا خواهد بود چنین مخلوطهایی را آزئوتروپ می گویند. مخلوط آزئوتروپ را نمی توان به روش تقطیر از یکدیگر جدا کرد.زیرا فاز مایع و بخار دارای ترکیب یکسان هستند. آزئو تروپهای معروف عبارتند از :محلول هیدروژن برمید با نقطه جوش ثابت ومحلول آبی الکل 96 درصد.در این مخلوطها دمایی که دما سنج نشان می دهد دمای هیچکدام از اجزای مخلوط نیست.
روش عملی کار شده:
مخلوط استون دارای نقطه جوش را با آب مخلوط می کنیم دو جرئی هستند که در این آزمایش مورد استفاده قرارمی گیرد. یک دستگاه تقطیر جز به جز از اجزای زیر تشکیل شده است:
1-بالون تقطیر جهت تبخیر مایع(ماده اولیه)
2- ستون تقطیر
3-سرپوش ستون تقطیر( در اینجا اندازه گیری دما تراکم بخار وتوزیع بخار متراکم به حالت رفلاکس ومحصول تقطیر انجام می گیرد. )
4- ظرف جمع کننده
انتخاب ستون تقطیر به اشکال جداسازی ،مقدار مایعی که باید تقطیر شود،ودامنه فشاری که در آن تقطیر انجام می شود.بستگی دارد.
مخلوط استون به دلیل ناخالصی از دمای 80 درجه شروع به جوشیدن و بخار شدن می کند ولی آب در این دما نمی جوشد.استون تبخیر شده و با عبور از ستون تقطیر در ظرف جمع کننده به صورت استون خالص جدا سازی می شود. که دمای جوش استون است که در طی عملیات جداسازی این ماده دما تغییر نمی کند. پس از جدا شدن کامل استون ظرف جمع کننده را عوض می کنیم واستون خالص را به ظرف دیگر انتقال می دهیم ظرف جمع کننده دیگر را به دستگاه متصل کرده ومنتظر جوشیدن آب می مانیم که دمای جوش آب حدود 94 درجه سانتیگراد مشاهده شد. از دستگاههای مورد استفاده در این آزمایش شوف بالون برای حرارت وستون تقطیر است که بین بالون و مبرد قرار می گیرد. مخلوط را حرارت می دهیم بخارات بالا می آیند تا قسمتی از لوله،که در قسمتی خاصی دما به اندازه ای نیست که آب را بخار کند .ولی بخارات استون که در آن دما می توانند باشند به دماسنج برخورد می کنند و دما را نشان می دهد.
منبع : آزمایشگاه شیمی آلی
کلی لطف کردی عزیزم، ایشالله بهترین ها در انتظارت باشه
