كيف يعمل التقطير التجزيئي؟

التقطير هو عملية فصل سائلين أو أكثر بناءً على الاختلافات في نقاط غليانهم. عندما تكون نقاط غليان السوائل متشابهة جدًا ، يصبح الفصل بالتقطير العادي غير فعال أو مستحيل. التقطير التجزيئي هو عملية تقطير معدلة تسمح بفصل السوائل بنقاط غليان مماثلة.

نقطة غليان السائل هي درجة الحرارة التي يتحول عندها إلى بخار. تحتفظ السوائل بنقطة غليانها المميزة حتى عند مزجها مع سوائل أخرى. يمثل هذا المبدأ الأساسي للتقطير أنه يمكن فصل السوائل عن طريق تحويل السائل باستخدام أدنى نقطة غليان إلى بخار ، ثم يتم تحويل هذا البخار إلى الحالة السائلة بعد انتقاله إلى حالة منفصلة وعاء.

في عملية التقطير ، يوضع الخليط السائل في دورق غليان متصل بعمود تبريد يسمى مكثف ، ويكون الطرف الآخر متصلاً بقارورة استقبال. يجلس المكثف أفقيًا مع ميل طفيف إلى الأسفل بحيث يمكن تجميع البخار الذي يصل إلى المكثف ويتم تحويله مرة أخرى إلى سائل في دورق الاستقبال. يقدم قسم الكيمياء في Wake Forest College رسمًا تخطيطيًا للإعداد. عند الانتهاء من التقطير ، ينتهي السائل المغلي الأدنى في دورق الاستقبال (ويسمى "ناتج التقطير") ويبقى سائل الغليان الأعلى في دورق الغليان.

يتضمن إعداد التقطير التجزيئي عمودًا إضافيًا يجلس رأسياً أعلى دورق الغليان والذي يتصل به المكثف. والغرض منه هو زيادة المسافة التي يجب أن يقطعها البخار للوصول إلى المكثف. عادةً ما يتم تعبئة الأعمدة بخرز زجاجي أو قطع من السيراميك لزيادة مساحة السطح التي يجب أن يتلامس معها البخار أثناء انتقاله إلى المكثف.

أثناء التقطير العادي ، ستتبخر أيضًا كمية كبيرة من السائل عالي الغليان وتنتقل إلى دورق التجميع ، لتصبح بشكل أساسي شوائب في المنتج المقطر. هذا يمثل مشكلة خاصة عندما يكون للسوائل التي يتم فصلها نقاط غليان متشابهة. كلما زادت مساحة السطح كلما زادت ملامسات السائل عالية الغليان على طول الطريق ، زادت احتمالية تكثيفها مرة أخرى إلى السائل والعودة إلى دورق الغليان. يستخدم التقطير التجزيئي مساحة السطح المتزايدة هذه لتحسين كفاءة التقطير.

التطبيقان الأساسيان للتقطير التجزيئي هما تكرير النفط الخام وتصنيع المشروبات الروحية (المشروبات الكحولية).

يحتوي الزيت الخام على العديد من المواد الكيميائية المختلفة ، والعديد منها له نقاط غليان متشابهة. تفصل المصافي هذه المواد الكيميائية عن طريق نقطة الغليان إلى منتجات مختلفة. تصبح الكسور منخفضة الغليان غاز البترول أو الجازولين ، وهي الكسور المتوسطة الغليان تصبح زيت الوقود أو وقود الديزل أو الكيروسين ، وتصبح الأجزاء التي ترتفع درجة غليانها شمع البارافين أو أسفلت.

يتوقف تخمير السكريات إلى كحول عندما يقترب محتوى الكحول من 13 في المائة لأن الخميرة لا تستطيع البقاء على قيد الحياة بتركيزات كحول أعلى. نقاط غليان الكحول (78.5 درجة مئوية) والماء (100 درجة مئوية) متشابهة بدرجة كافية يجب أن تستخدم معامل التقطير التقطير التجزيئي لتركيز الكحول إلى حوالي 50 في المائة (وهو ما يسمى بعد ذلك "معنويات").

تستهلك عملية التقطير في مصفاة النفط 2 برميل من النفط في الطاقة لكل 100 برميل من النفط المكرر.