گزارش کار کامل تقطیر ساده

تقطیر ساده

تئوری آزمایش:

تقطیر:
روش‌های زیادی برای جداسازی مواد اجزای سازنده یک محلول وجود دارد که یکی از این روش‌ها فرایند تقطیر می‌باشد در روش تقطیر جداکردن اجزاء یک مخلوط، از روی اختلاف نقطه جوش آن‌ها انجام می‌گیردتقطیر، در واقع، جداسازی فیزیکی برشهای نفتی است که اساس آن، اختلاف در نقطه جوش هیدروکربنهای مختلف است. هر چه هیدروکربن سنگین‌تر باشد، نقطه جوش آن زیاد است و هر چه هیدروکربن سبک‌تر باشد، زود‌تر خارج می‌شود.. تقطیر در عمل به دو روش زیر انجام می‌گیرد. روش اول شامل تولید بخار از طریق جوشاندن یک مخلوط مایع، سپس می‌عان بخار، بدون اینکه هیچ مایعی مجددا به محفظه تقطیر بازگردد. در نتیجه هیچ مایع برگشتی وجود ندارد. در روش دوم قسمتی از بخار مایع شده به دستگاه تقطیر باز می‌گردد و به صورتی که این مایع برگشتی در مجاورت بخاری که به طرف مبرد می‌رود قرار می‌گیرد. هر کدام از این روش‌ها می‌توانند پیوسته یا ناپیوسته باشند.

تقطیر ساده

تئوری آزمایش:

تقطیر:
روش‌های زیادی برای جداسازی مواد اجزای سازنده یک محلول وجود دارد که یکی از این روش‌ها فرایند تقطیر می‌باشد در روش تقطیر جداکردن اجزاء یک مخلوط، از روی اختلاف نقطه جوش آن‌ها انجام می‌گیردتقطیر، در واقع، جداسازی فیزیکی برشهای نفتی است که اساس آن، اختلاف در نقطه جوش هیدروکربنهای مختلف است. هر چه هیدروکربن سنگین‌تر باشد، نقطه جوش آن زیاد است و هر چه هیدروکربن سبک‌تر باشد، زود‌تر خارج می‌شود.. تقطیر در عمل به دو روش زیر انجام می‌گیرد. روش اول شامل تولید بخار از طریق جوشاندن یک مخلوط مایع، سپس می‌عان بخار، بدون اینکه هیچ مایعی مجددا به محفظه تقطیر بازگردد. در نتیجه هیچ مایع برگشتی وجود ندارد. در روش دوم قسمتی از بخار مایع شده به دستگاه تقطیر باز می‌گردد و به صورتی که این مایع برگشتی در مجاورت بخاری که به طرف مبرد می‌رود قرار می‌گیرد. هر کدام از این روش‌ها می‌توانند پیوسته یا ناپیوسته باشند.
تقطیر، معمول‌ترین روشی است که برای تخلیص مایعات به کار می‌رود. دراین عمل مایع را به کمک حرارت تبخیر می‌کنند و بخار مربوطه را در ظرف جداگانه‌ای متراکم می‌کنند و محصول تقطیر را بدست می‌آورند. چنانچه ناخالصیهای موجود در مایع اولیه فرار نباشند، در باقی مانده تقطیر به جا می‌مانند و تقطیر ساده جسم را خالص می‌کند. در صورتی که ناخالصی‌ها فرار باشند، تقطیر جزء به جزء مورد احتیاج خواهد بود.
چنانچه ناخالصی‌های موجود در مایع اولیه فرار نباشد در باقیمانده تقطیر به جا می‌ماند و تقطیر ساده نمونه را خالص می‌کند. در صورتیکه فرار باشند تقطیر جز به جز مورد نیاز خواهد بود. اگر فقط یک ماده فرار بوده و اختلاف نقطهٔ جوش این ماده با ناخالصی‌های موجود در آن زیاد باشد (حدود ۳۰درجه) می‌توان برای جدا کردن این ماده از ناخالصی‌ها از تقطیر ساده استفاده نمود. از تقطیر ساده معمولا د جداسازی مخلوط مایعاتی استفاده می‌شود که نقطه یجوشی در محدوده ۴۰تا۱۵۰درجه دارندزیرا در دمای بالا‌تر از ۱۵۰درجه بسیاری از ترکیبات آلی تجزیه می‌شوندودر دمای جوش کمتر از ۴۰درجه مقدار زیادی از مایع در ضمن تقطیرهدر می‌رود.
در تقطیر مخلوطی ازدو یا چند جسم فشاربخار کل تابعی از فشار بخار هر یک از اجزا و کسر مولی آنه می‌باشد. بر اساس قانون رائول فشار بخار جزیی یک ترکیب فرار در یک محلول ایده آل با حاصلضرب فشار بخار در کسر مولی آن برابر است. بنابراین در بخار موجود بر سطح دو یا چند جزمحلول فرار ذرات کلیه اجزا شرکت کننده در محلول یافت می‌شود. رابطهی بین فشار بخار کل (Pt) با فشار جزیی (Pi) و کسر مولی اجزا (Xi) به صورت زیر است:
نکته: اگر در محلولی شامل دو ماده شیمیایی فرار یک جز دارای فشار بخار بیشتری از جز دیگر باشد بخار حاصل از آن در مقایسه با مایع دارای درصد بیشتری از جسم فرار‌تر خواهد بود.
ظروف معمولی در خلل و شکاف‌های جدار خود دارای بسته‌ها ی هوای محبوس می‌باشند. با ریختن مایع در ظرف محفظه بسته‌ها از بخار پر می‌شود. وقتی که دمای مایع افزایش می‌یابد بخار آنقدر به حالت متراکم باقی می‌ماند تا اینکه از فشار بخار روی مایع بیشتر شود. در این حالت بخار به دام افتاده افزایش حجم پیدا می‌کند و به صورت حباب‌هایی به سطح مایع رسیده و خارج می‌گردد. حالت به هم خوردگی حاصل از حباب‌ها (جوش) حباب‌های هوای بیشتری را به داخل مایع کشانده و فرایند با تشکیل بخار ادامه می‌یابد.
با حرارت دادن مایعات درظروف شیشه‌ای که دارای سطوحی نسبتا صاف و یکنواخت می‌باشند حالت جوش ایجاد نمی‌شود و اگر درجه حرارت به اندازه کافی افزایش یابد به حالت انفجاری تبخیر می‌گردند. برای اجتناب از خطرات مربوط به جوشش ناگهانی (به صورت ضربه‌ای) منبعی برای دمیدن حباب‌ها به درون مایع قبل از حرارت دادن و عمل جوش لازم است. در شرایط معمولی (فشارجو) این منبع سنگ جوش می‌باشد. سنگ جوش دانه‌هایی حاوی خلل ریز در خود بوده که در آن مولکولهای هوا حبس شده‌اند. با قرار گرفتن این دانه‌ها در حلول حباب‌ها از سطح آن‌ها تشکیل شده واز جوشیدن انفجاری و تاخیر در جوش جلوگیری می‌نماید.
در ادامه به معرفی انواع روشهای تقطیر و توضیح اجمالی در ارتباط با آن‌ها پرداخته‌ایم:

انواع تقطیر:

تقطیر ساده: به عنوان مثال هنگامیکه ناخالصی غیر فراری مانند شکر به مایع خالصی اضافه می‌شود فشار بخار مایع تنزل می‌یابد. علت این عمل آن است که وجود جز غیر فرار به مقدار زیادی غلظت جز اصلی فرار را پایین می‌آورد یعنی دیگر تمام مولکولهایی که در سطح مایع موجودند مولکولهای جسم فرار نیستند و بدین ترتیب قابلیت تبخیر مایع کم می‌شود. نمودار ارائه شده در زیر اثر جز غیر فرار را در فشار بخار مخلوط نشان می‌دهد:

تقطیر ساده را می‌توان به دوصورت تعریف کرد: ۱-تقطیر ساده غیر مداوم۲-تقطیر ساده مداوم
• تقطیر ساده غیر مداوم: در این روش تقطیر، مخلوط حرارت داده می‌شود تا بحال جوش درآید بخارهایی که تشکیل می‌شود غنی از جزء سبک مخلوط می‌باشد پس از عبور از کندانسور‌ها (می‌عان کننده‌ها) تبدیل به مایع شده، از سیستم تقطیر خارج می‌گردد. به تدریج که غلظت جزء سنگین مخلوط در مایع باقی مانده زیاد می‌شود، نقطه جوش آن بتدریج بالا می‌رود. به این ترتیب، هر لحظه از عمل تقطیر، ترکیب فاز بخار حاصل و مایع باقی مانده تغییر می‌کند.
• تقطیر ساده مداوم: در این روش، مخلوط اولیه (خوراک دستگاه) بطور مداوم با مقدار ثابت در واحد زمان، در گرم کننده گرم می‌شود تا مقداری از آن بصورت بخار درآید، و به محض ورود در ستون تقطیر، جزء سبک مخلوط بخار از جزء سنگین جدا می‌شود و از بالای ستون تقطیر خارج می‌گردد و بعد از عبور از کندانسور‌ها، به صورت مایع در می‌آید جزء سنگین نیز از ته ستون تقطیر خارج می‌شود. قابل ذکر است که همیشه جزء سبک مقداری جزء سنگین و جزء سنگین نیز دارای مقداری از جزء سبک است.
نکته: در تقطیر یک ماده خالص چنانچه مایع زیاده از حد گرم نشوددرجه حرارتی که در گرماسنج دیده می‌شود یعنی درجه حرارت دهانهٔ خروجی با درجه حرارت مایع جوشان در ظرف تقطیر یعنی درجه حرارت ظرف یکسان است. درجه حرارت دهانه خروجی که به این ترتیب به نقطه جوش مایع مربوط می‌شود در طول تقطیر ثابت می‌ماند.
هرگاه در مایعی تقطیر می‌شود ناخالصی غیر فراری موجود باشد درجه حرارت دهانه خروجی‌‌ همان درجه حرارت مایع خالص است زیرا ماده‌ای که بر روی حباب گرماسنج متراکم می‌شود به ناخالصی آلوده نیست. ولی درجه حرارت ظرف به علت کاهش فشا بخار محلول بالا می‌ررود. در جریان تقطیر درجه حرارت ظرف نیز افزایش می‌یابد. زیرا که غلظت ناخالصی با تقطیر جز فرار به تدریج زیاد می‌شود و فشار بخار مایع بیشتر پایین می‌‌اید. با وجود این درجه حرارت دهانه خروجی مانند مایع خالص ثابت می‌ماند. رابطه کمی موجود بین فشار بخاروترکیب مخلوط همگن مایع (محلول) به قانون رائول معروف است وبه صورت معادله زیربیان می‌شود:

جز مولی Rبه جزیی اطلاق می‌شود که تمام مولکولهای موجود در آن مولکولهای Rباشند. برای به دست آوردن این جز مولی تعداد مولهای Rدر مخلوط را بر مجموع تعداد مولهای اجزا سازنده تقسیم می‌کنند. معادله در زیر آمده است:

باید دانست که در بالای محلول ایده آلی که محتوی Rاست فشار بخار جزR فقط به جزمولی Rبستگی داردوبه هیچ وجه به فشار بخار اجزای دیگر مربوط نیست. چنانچه کلیه اجزا به غیر از Rغیر فرار باشند فشار بخار کلی مخلوط برابر با فشار جز Rاست زیرا می‌توان فشار بخار ترکیبات غیر فرار را صفر فرض کرد. در نتیجه محصول تقطیر چنین مخلوطی همیشه Rخالص است. ولی اگر دو یا چند جز فرار باشند در این صورت فشار بخار کل برابر با مجموع فشار بخارهای جزیی هر یک از اجزای فرار خواهد شد. (قانون دالتون-در اینجا RوSوTفقط به اجزای فرار مربوط می‌شود):

چنین مخلوط مایعی که در بالا توضیح داده شد تفاوت زیادی دارد زیرا در اینجا ممکن است محصول تقطیر هر یک از اجزای فراررا در بر داشته باشد. تفکیک دراین حالت احتیاج به تقطیر جز به جز دارد. چگونگی انجام تقطیر جز به جز در ادامه آمده است.

• تقطیر تبخیر آنی (ناگهانی): وقتی محلول چند جزئی مانند نفت خام را حرارت می‌دهیم، اجزای تشکیل دهنده آن بترتیب که سبک‌تر هستند، زود‌تر بخار می‌شود. برعکس وقتی بخواهیم این بخار‌ها را سرد و دوباره تبدیل به مایع کنیم، هر کدام که سبک‌تر باشد دیر‌تر مایع می‌گردد. با توجه به این خاصیت، می‌توانیم نفت خام را به روش دیگری که به آن «تقطیر آنی» گویند، تقطیر نماییم. در این روش، نفت خام را چنان حرارت می‌دهیم که ناگهان همه اجزای آن تبدیل به بخار گردد و سپس آن‌ها را سرد می‌کنیم تا مایع شود. در اینجا، بخار‌ها به ترتیب سنگینی، مایع می‌شوند یعنی هرچه سنگین‌تر باشند، زود‌تر مایع می‌گردند و بدین گونه، اجزای نفت خام را با ترتیب مایع شدن از هم جدا می‌کنیم.
• تقطیر در خلا: با توجه به اینکه نقطه جوش مواد سنگین نفتی نسبتا بالاست و نیاز به دما و انرژی بیشتری دارد، و از طرف دیگر، مقاومت این مواد در مقابل حرارت بالا کمتر می‌باشد و زود‌تر تجزیه می‌گردند، لذا برای جداکردن آن‌ها از خلا نسبی استفاده می‌شود. در این صورت مواد دمای پایین‌تر از نقطه جوش معمولی خود به جوش می‌آیند. در نتیجه، تقطیر در خلا، دو فایده دارد: اول اینکه به انرژی و دمای کمتر نیاز است، دوم اینکه مولکول‌ها تجزیه نمی‌شوند. امروزه در بیشتر موارد در عمل تقطیر، از خلا استفاده می‌شود. یعنی اینکه: هم تقطیر جزء به جزء و هم تقطیر آنی را در خلا انجام می‌دهند.
• تقطیر به کمک بخار آب: یکی دیگر از طرق تقطیر آن است که بخار آب را در دستگاه تقطیر وارد می‌کنند در این صورت بی‌آنکه خلاء‌ای ایجاد گردد، اجزای نفت خام در درجه حرارت کمتری تبخیر می‌شوند. این مورد معمولا در زمانی انجام می‌شود که در نقطه جوش آب، فشار بخار اجزای جدا شونده بالا باشد تا به همراه بخار آب از مخلوط جدا گردند.
غالبابه کمک تقطیر با بخار آب می‌توان ترکیبات آلی فراری را که باآب مخلوط نمی‌شوند یا تقریبا با آن غیر قابل اختلاط هستند تفکیک و تخلیص کرد. در این روش مخلوط آب وجسم آلی با هم تقطیر می‌شوند. عمل تقطیر یک مخلوط غیر قابل امتزاج در صورتی که یکی از اجزا آب باشد تقطیر با بخار آب نامیده می‌شود.
با توجه به اصولی که در تقطیر با بخار آب وجود داردمی توان محاسن ومحدودیت‌های این روش را به بهترین وجه تشریح کرد. در مخلوطی از مواد فرار و غیر قابل اختلاط فشار جزییpiهر جز در یک درجه حرارت معین برابر با فشار بخار piترکیب خالص در‌‌ همان درجه حرارت استو به جز مولی ترکیب در مخلوط بستگی نداردیعنی هر یک از اجزای سازنده مخلوط به طور مستقل از اجزای دیگر تبخیر می‌شوند.
این حالت با مخلوط مایعات قابل اختلاط اختلاف زیادی دارد زیرا که در این مایعات فشار جزیی هر جز سازنده به جز مولی آن در محلول مربوط است. (قانون رائول) در مخلوط ترکیبات فرار وغیر قابل اختلاط بر طبق قانون دالتون فشار کلی Ptمحلول (مخلوط) گاز‌ها با مجموع فشارهای جزیی گازهای تشکیل دهنده می‌شودو به این ترتیب فشار بخار کلی این مخلوط از معادله زیر به دست می‌آید:

از این عبارت چنین ر می‌آید که همواره در هر درجه حرارتی فشار بخار کل مخلوط حتی از فشار بخار فرار‌ترین جز در آن درجه حرارت بیشتر است زیرا که فشار بخار اجزای دیگر مخلوط هم دخالت می‌کنند. بنابراین باید درجه جوش مخلوط ترکیبهای غیر قابل اختلاط کمتر از جزیی باشد که کمترین نقطه جوش را دارد. درجه حرارت تقطیر با بخار آب نسبتا پایین (۱۰۰درجه یا کمتراز آن) است و این تقطیر به خصوص در تخلیص موادی به کار می‌رود که نسبت به حرارت حساسیت دارندودر حرارت‌های بالا تجزیه می‌شوند. هم چنین این روش برای جدا کردن ترکیب از مخلوط از مخلوط واکنشی که محتوی مقدار زیادی از مواد (قیرمانند) باشد مفید است. این مواد غیر فرار و بی‌مصرف در اغلب واکنشهای آلی تشکیل می‌شوند. ترکیب درصد محصولی که در تقطیر با بخار آب به دست می‌آید به وزن مولکولی ترکیبات مورد تقطیر و هم چنین به فشار بخار آن‌ها در درجه حرارت تقطیر مخلوط بستگی دارد. مخلوطی از دو جز غیر قابل اختلاط AوBرا در نظر بگیرید. چنانچه بخارهای AوBمانند گازهای ایده آل عمل می‌کنند با استفاده از قانون گازهای ایه آل می‌توان دو عبارت زیر را به دست آورد:

از تقسیم معادله اول به دوم چنین به دست می‌آید:

چون فاکتور RTدر صورت و مخرج کسر مساوی است و حجم اشغالی گاز برای هر دو یکسان است (VA=VB) عبارت بالا چنین می‌شود:

فرایند تقطیر با بخار آب در آزمایشگاه و صنعت به طور وسیعی مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عنوان مثال برای جداسازی الفاپی نن-آنیلین-نیتروبنزنوبسیاری از اسانس‌های طبیعی وروغن‌های معطر به کار می‌رود. به طور خلاصه تقطیر با بخار آب روشی را فراهم می‌کند که به کمک آن می‌توان ترکیبات آلی مایع و جامدی را که فرار هستند ودر آب حل نمی‌شوند (یا تقریبا در آن نا‌محلولند) در شرایط نسبتا ملایم از ترکیبات غیر فرار جدا کرد. مسلما این روش برای موادی که در اثر تماس زیاد با آب گرم تجزیه می‌شوند یا با اب واکنشی می‌دهند یا در ۱۰۰درجه فشار بخارشان ۵میلی متر یا کمتر باشد مناسب نیست.
• تقطیر آزئوتروپی: از این روش تقطیر معمولا در مواردی که نقطه جوش اجزاء مخلوط بهم نزدیک باشند استفاده می‌شود، جداسازی مخلوط اولیه، با افزایش یک حلال خاص که با یکی از اجزای کلیدی، آزئوتوپ تشکیل می‌دهد امکان‌پذیر است. آزئوتروپ محصول تقطیر یا ته مانده را از ستون تشکیل می‌دهد و بعد حلال و جزء کلیدی را از هم جدا می‌کند. اغلب، ماده افزوده شده آزئوتروپی با نقطه جوش پایین تشکیل می‌دهد که به آن شکننده آزئوتروپ می‌گویند. آزئوتروپ اغلب شامل اجزای خوراک است، اما نسبت اجزای کلیدی به سایر اجزای خوراک خیلی متفاوت بوده و بیشتر است.
مثالی از تقطیر آزئوتروپی استفاده از بنزن برای جداسازی کامل اتانول از آب است، که آزئوتروپی با نقطه جوش پایین با ۶/۹۵% وزنی الکل را تشکیل می‌دهد. مخلوط آب- الکل با ۹۵% وزنی الکل به ستون تقطیر آزئوتروپی افزوده می‌شود و جریان جریان غنی از بنزن از قسمت فوقانی وارد می‌شود. محصول ته مانده الکل تقریبا خالص است وبخار بالایی یک آزئوتروپی سه‌گانه است. این بخار مایع شده، به دو فاز تقسیم می‌شود. لایه آلی برگشت داده شده، لایه آلی به ستون بازیافت بنزن فرستاده می‌شود. همه بنزن و مقدار الکل در بخار بالایی گرفته شده، به ستون اول روانه می‌شوند. جریان انتهایی در ستون سوم تقطیر می‌شود تا آب خالص و مقداری آزئوتروپ دوگانه از آن بدست آید.
• تقطیر استخراجی: جداسازی اجزای با نقطه جوش تقریبا یکسان از طریق تقطیر ساده مشکل است حتی اگر مخلوط ایده آل باشد و به دلیل تشکیل آزئوتروپ، جداسازی کامل آن‌ها غیر ممکن است برای چنین سیستم‌هایی با افزایش یک جزء سوم به مخلوط که باعث تغییر فراریت نسبی ترکیبات اولیه می‌شود، جداسازی ممکن می‌شود. جزء افزوده شده باید مایعی با نقطه جوش بالا باشد، قابلیت حل شدن در هر دو جزء کلیدی را داشته باشد و از لحاظ شیمیایی به یکی از آن‌ها شبیه باشد. جزء کلیدی که به حلال بیشتر شبیه است ضریب فعالیت پایین تری از جزء دیگر محلول دارد، در نتیجه جداسازی بهبود می‌یابد این فرآیند، تقطیر استخراجی نام دارد.
مثالی از تقطیر استخراجی، استفاده از فور فورال در جداسازی بوتادی‌ان و بوتن است، فورفورال که حلالی به شدت قطبی است، فعالیت بوتادی ان را بیشتر از بوتن و بوتان کم می‌کند و غلظت بوتادی ان وفورفورال وارد قسمت فوقانی ستون تقطیر استخراجی شود، با انجام تقطیر بوتادی ان از فورفورال جدا می‌شود.
• تقطیر 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 اینجا فقط محلولهای ایده آل دو تایی را که محتوی دو جز فرار RوSباشند در نظر می‌گیریم. محلول ایده ال به محلولی اطلاق می‌شود که در آن اثرات بین مولکولهای متجانس مشابه با اثرات بین مولکولهای غیر متجانس باشد. گرچه فقط محلولهای ایده ال به طور کامل از قانون رائول پیروی می‌کنند ولی بسیاری از محلولهای آلی به محلولهلی ایده آل نزدیک هستند.
تقطیر جزبه جز محلول‌های غیر ایده ال
گرچه بیشتر مخلوط‌های یکنواخت مایع به صورت محلولهای ایده ال عمل می‌کنندولی نمونه‌های بسیاری وجود دارد که نحوه عمل آن‌ها ایده آل نیست. در این محلول‌ها مولکولهای غیر متجانس در مجاورت یکدیگر به طور یکسان عمل نمی‌کنند انحراف حاصل از قانون رائول به دو روش انجام می‌گیرد:
بعضی از محلول‌ها فشار بخار بیشتری از فشار بخار پیش بینی شده ظاهر می‌سازندوگفته می‌شود که انحراف مثبت دارند. بعضی دیگر فشار بخار کمتری از فشار پیش بینی شده آشکار می‌کنندومی گویند که انحراف منفی نشان می‌دهند.
در انحراف مثبت نیروی جاذبه بین مولکولهای مختلف دو جز سازنده ضعیف‌تر از نیروی جاذبه بین مولکولهای مشابه یک جز است و در نتیجه در حدود ترکیب درصد معینی فشار بخار مشترک دو جز بزرگ‌تر از فشار بخار جز خالصی می‌شود که فرار‌تر است. بنابراین مخلوط‌هایی که ترکیب درصد آن‌ها در این حدود باشد درجه جوش کمتری از هر یک از دو جز خالص دارند. مخلوطی که در این حدود حداقل درجه جوشش را دارد باید به صورت جز سوم در نظر گرفته شود. این مخلوط نقطه جوش ثابتی دارد زیرا ترکیب درصد بخاری که در تعادل با مایع است با ترکیب درصد خود مایع برابر است. چنین مخلوطی را آزئوتروپ یا مخلوط آزئوتروپ با جوشش مینی مم می‌نامند. از تقطیر جز به جز این مخلوط‌ها هر دو جز به حالت خالص به دست نمی‌آید بلکه جزیی که ترکیب درصد آن از ترکیب درصد آزئوتروپ بیشتر باشد تولید می‌شود.
در انحراف منفی از قانون رائول نیروی جاذبه بین مولکولهای مختلف دو جز قوی‌تر از نیروی جاذبه بین مولکولهای مشابه یک جز است ودر نتیجه ترکیب درصد معینی فشار بخار مشترک دو جز کمتر از فشار بخار جز خالص می‌شودکه فرار‌تر است. بنابراین مخلوط‌هایی که ترکیب درصد آن‌ها در این حدود باشد حتی نسبت به جز خالصی که نقطه جوش بیشتری دارد در درجه حرارت بالاتری می‌جوشند. در اینجا ترکیب درصد به خصوصی وجود دارد که به آزئو تروپ با جوشش ماکسیمم مربوط می‌شود. تقطیر جز به جز محلولهایی که ترکیب درصدی غیر از ترکیب درصد آزئوتروپ دارندباعث خروج جزیی مخلوط می‌شودکه ترکیب درصد آن از آزئوتروپ بیشتر باشد.
ستونهای تقطیرجز به جز: این ستون‌ها انواع متعددی داردولی در تمام آن‌ها خصلت‌های مشابهی وجود دارد. این ستون‌ها مسیر عمودی را به وجود می‌آورند که باید بخار در انتقال از ظرف تقطیر به مبرد از آن بگذرد. این مسیر به مقدار قابل ملاحظه‌ای از مسیر دستگاه تقطیر ساده طویل‌تر است. هنگام انتقال بخار از ظرف تقطیر به بالای ستون مقداری از بخار متراکم می‌شود. چنان چه قسمت پایین این ستون نسبت به قسمت بالای آن در درجه حرارت بیشتری نگه داری شود مایع متراکم شده و در حالی که به پایین ستون می‌ریزد دوباره به طور جزیی تبخیر می‌شود. بخار متراکم نشده همراه بخاری که از تبخیر مجدد مایع متراکم شدهحاصل می‌شود در داخل ستون بالا‌تر می‌رود واز یک سری تراکم وتبخیر می‌گذرد. این اعمال باعث تقطیر مجدد مایع می‌شود و به طوریکه در هر یک از مراحل فاز بخاری که به وجود می‌آید نسبت به جز فرار‌تر غنی‌تر می‌شود. ماده متراکم شده‌ای که به پایین ستون می‌ریزددر مقایسه با بخاری که با آن در تماس است در هر یک از مراحل نسبت جزیی که فراریت کمتری دارد غنی‌تر می‌شود.
در شرایط ایده ال بین فازهای مایع و بخار در سراسر ستون تعادل برقرار می‌شود و فاز بخار بالایی تقریبا به طور کامل از جز فرار‌تر تشکیل می‌شود و فاز مایع پایینی نسبت به جزیی که فراریت کمتری دارد غنی‌تر می‌شود.
مهم‌ترین شرایطی که برای ایجاد این حالت لازم است عبارتند از:
۱-تماس کامل و مداوم بین فازهای بخار و مایع در ستون ۲-حفظ افت مناسبی از درجه حرارت در طول ستون ۳-طول کافی ستون ۴-اختلاف کافی در نقاط جوش اجزای مخلوط مایع.
چنان چه دو شرط اول کاملا مراعات شود می‌توان با یک ستون طویل ترکیباتی که اختلاف کمی در نقطهٔ جوش دارند به طور رضایت بخش از هم جدا کرد. زیرا طول ستون مورد لزوم و اختلاف نقاط جوش اجزا با هم نسبت عکس دارند. معمول‌ترین راه ایجاد تماس لازم در بین فازهای مایع آن است که ستون با مقدارری ماده بی‌اثر مانند شیشه یا سرامیک یا تکه‌های فلزی به اشکال مختلف که سطح تماس وسیعی را فراهم می‌کندپر شود. یکی از راه‌های بسیار موثر ایجاد این تماس بین مایع و بخار آن است که نوار چرخانی از فلز یا تفلون که با سرعت زیاذی در داخل ستون بچرخد به کار رود.
این عمل نسبت به ستون‌های پر شده‌ای که قدرت مشابهی دارند این مزیت را دارد که ماده کمی را در داخل ستون نگاه می‌دارد (منظور از این نگه داری مقدار مایع و بخاری است که برای حفظ شرایط 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 ۱۰۰درصد 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

• مایع برگشتی سرد: این نوع مایع برگشتی با درجه حرارتی کمتر از دمای بالای برج تقطیر برگردانده می‌شود. مقدار گرمای گرفته شده، برابر با مجموع گرمای نهان و گرمای مخصوص مورد نیاز برای رساندن دمای مایع به دمای بالای برج است.
• مایع برگشتی گرم: مایع برگشتی گرم با درجه حرارتی برابر با دمای بخارات خروجی برج مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• مایع برگشتی داخلی: مجموع تمام مایعهای برگشتی داخل برج را که از سینی‌های بالا تا پایین در حرکت است، مایع برگشتی داخلی گویند. مایع برگشتی داخلی و گرم فقط قادر به جذب گرمای نهان می‌باشد. چون اصولا طبق تعریف اختلاف دمایی بین بخارات و مایعات در حال تماس وجود ندارد.
• مایع برگشت دورانی: این نوع مایع برگشتی، تبخیر نمی‌شود. بلکه فقط گرمای مخصوص معادل با اختلاف دمای حاصل از دوران خود را از برج خارج می‌کند. این مایع برگشتی با دمای زیاد از برج خارج شده و بعد از سرد شدن با درجه حرارتی کمتر به برج برمی‌گردد. معمولا این نوع مایع برگشتی درقسمتهای میانی یا درونی برج بکار گرفته می‌شود و مایع برگشتی جانبی هم خوانده می‌شود. اثر عمده این روش، تقلیل حجم بخارات موجود در برج است.
نسبت مایع برگشتی
نسبت حجم مایع برگشتی به داخلی و محصول بالایی برج را نسبت مایع برگشتی گویند. از آنجا که محاسبه مایع برگشتی داخلی نیاز به محاسبات دقیق دارد، لذا در پالایشگاه‌ها، عملا نسبت مایع برگشتی بالای برج به محصول بالایی را به عنوان نسبت مایع برگشتی بکار می‌برند.

تقطیر در خلا
نتایج آزمایش: با استفاده از روش تقطیر می‌توان ناخالصی مواد را از بین برد و مواد خالص بدست آورد در صنعت برای تقطیر در مقیاس تجارتی و جداسازی مخلوط چند ماده از برج تقطیر جزء به جزء مانند آنچه که دراینجا ملاحظه می‌نمایید استفاده می‌شود

تقطیر نوبتی

این نوع تقطیر‌ها در قدیم بسیار متداول بوده، ولی امروزه بعلت نیاز نیروی انسانی و ضرورت ظرفیت زیاد، این روش کمتر مورد توجه قرار می‌گیرد. امروزه تقطیر نوبتی، صرفا در صنایع دارویی و رنگ و مواد آرایشی و موارد مشابه بکار برده می‌شود و در صنایع پالایش نفت در موارد محدودی مورد استفاده قرار می‌گیرد. بنابراین در موارد زیر، تقطیر نوبتی از نظر اقتصادی قابل توجه می‌باشد.
• تقطیر در مقیاس کم
• ضرورت تغییرات زیاد در شرایط خوراک و محصولات مورد نیاز
• استفاده نامنظم از دستگاه
• تفکیک چند محصولی
• عملیات تولید متوالی با فرآیندهای مختلف

تقطیر مداوم


امروزه بعلت اقتصادی بودن مداوم در تمام عملیات پالایش نفت از این روش استفاده می‌شود. در تقطیر مداوم برای یک نوع خوراک مشخص و برشهای تعیین شده شرایط عملیاتی ثابت بکار گرفته می‌شود. بعلت ثابت بودن شرایط عملیاتی در مقایسه با تقطیر نوبتی به مراقبت و نیروی انسانی کمتری احتیاج است. با استفاده از تقطیر مداوم در پالایشگاه‌ها مواد زیر تولید می‌شود:
گاز اتان و متان بعنوان سوخت پالایشگاه، گاز پروپان و بوتان بعنوان گاز مایع و خوراک واحدهای پتروشیمی، بنزین موتور و نفتهای سنگین بعنوان خوراک واحدهای تبدیل کاتالیستی برای تهیه بنزین با درجه آروماتیسیته بالا‌تر، حلال‌ها، نفت سفید، سوخت جت سبک و سنگین، نفت گاز، خوراک واحدهای هیدروکراکینگ و واحدهای روغن سازی، نفت کوره و انواع آسفالت‌ها.

تقطیر جزء به جزء:

برای جداکردن موادی که نقطه جوش آن‌ها خیلی به هم نزدیک باشد از تقطیر جزء به جزء استفاده می‌کنند. اختلاف این روش با تقطیر ساده آن است که در این حالت از یک ستون تقطیر جزء به جزء استفاده می‌شود.
ستونهای تقطیر جزء به جزء انواع متعددی دارند ولی در تمام آن‌ها چند خصلت کلی مشاهده می‌شود. این ستون‌ها مسیر عمودی را به وجود می‌آورند که باید بخار در انتقال از ظرف تقطیر به مبرد از آن بگذرد، این مسیر به مقدار قابل ملاحظه‌ای از مسیر دستگاه تقطیر ساده طویل‌تر است. هنگام انتقال بخار از ظرف تقطیر به بالای ستون مقداری از بخار متراکم می‌شود. مایع متراکم شده، در حالی که به پایین ستون می‌ریزد دوباره در تماس با بخاری که از پایین به بالا در جریان است به طور جزئی تبخیر می‌شود و به سمت بالا می‌رود و طی این می‌عان و تبخیر شدنهای متوالی بخار از جزء فرار‌تر غنی‌تر می‌شود، یعنی هرچه به سمت بالای ستون پیش می‌رویم غلظت جزء فرار‌تر بیشتر و هر چه به سمت پایین می‌آییم غلظت جزء غیر فرار بیشتر می‌شود.
از نقطه نظر تئوری، جدا کردن دو ترکیب فرار به طور کامل، بوسیله تقطیر حتی زمانیکه اختلاف در نقطه جوش آن‌ها زیاد باشد امکان پذیر نیست زیرا همیشه جزء دارای نقطه جوش پایین‌تر فشار بخارش را بر روی نقطه جوش جزء دیگر اعمال نموده و پاره‌ای از مولکولهای با نقطه جوش بالا‌تر نیز تقطیر می‌گردند. اما بهرحال در امور تجربی، بوسیله تقطیر جزء به جزء می‌توان مخلوط اینگونه مایعات را در حد مطلوبی جدا نمود.
تقطیر جزء به جزء مخلوطهای دو جزئی و چند جزئی
هدف از تقطیر، جداسازی خوراک به بخارهایی از محصولات تقریبا خالص است در تقطیر سیستم‌های دو جزئی، درجه خلوص با کسر مولی جزء سبک در محصول تقطیر Xo و در محصول ته مانده Xb بیان می‌شود. در سیستم‌های دو جزئی از یک مرحله به مرحله دیگر، به جزء در نقطه آزئوتروپ، دما و منحنی تعادل تغییر می‌کنند و یک جزء در تمام ستون فرار‌تر است. اما در سیستم‌های چند جزئی یک جزء ممکن است در یک قسمت ستون فرار‌تر و در قسمت دیگر فراریت کمتری داشته باشد، که ماهیت پیچیده غلظت اجزا را نشان می‌دهد. تعادل فازی سیستم‌های چند جزئی نسبت به دو جزئی بسیار پیچیده است، به دلیل اینکه تعداد اجزاء زیاد است وتعادل به دما بستگی دارد و دما از یک مرحله به مرحله دیگر تغییر می‌کند.


شرح آزمایش:



ابتدا بالنی را با یک گیره می‌بندیم. مخلوطی را که شامل پرمنگنات و آب است را داخل بالن می‌ریزیم و سه عدد سنگ جوش داخل آن می‌اندازیم. یک سه راهی را که دهانه‌های آن به مقدار بسیار کمی چرب شده است به دهانه بالن متصل کرده و یک طرف آن سه راهی هم که به مبردمتصل است و مبرد را به گیره وصل می‌نماییم. به دهانه دیگر سه راهی یک ترموم‌تر وصل کرده یا با درپوش چوب پنبه‌ای مصدود می‌نماییم لوله پایین مبرد را با شلنگ به ورودی آب و قسمت بالا را به خروجی آب متصل می‌کنیم. شیر آب را به آهستگی باز می‌کنیم. آب سرد باعث تبدیل بخار آب به مایع می‌گردد. با حرارت دادن بالن مایع خالص از دهانه مبرد خارج می‌گرددکه در این لحظه می‌توان دما را ثبت نمود که‌‌ همان نقطه جوش است. در تمام مدت تقطیر، دما ثابت می‌ماند
 

 
نتایج:
تا زمانی که محلول ناخالصی نداشته باشد دمای جوش آن محلول ثا بت خواهد بود



سوالات:
 انواع تقطیر را نام ببرید و هریک را به اختصار توضیح دهید -۱
تقطیر ساده-تقطیر جز به جز- تقطیر در خلا- تقطیر با بخار آب- تقطیر با مایع برگشتی- تقطیر نوبتی- تقطیر مداوم- تقطیر جزء به جزء-
تقطیر آزئوتروپی- تقطیر تبخیر آنی (ناگهانی)

 علت استفاده از سنگ جوش در تقطیر چیست؟ -۲
علت استفاده از سنگ جوش این است که جوشیدن در درون ظرف یکنواخت باشد وباعث ترکیدن حباب‌ها می‌شود

۳- عمل تقطیر چگونه به عنوان روشی برای جداسازی مورد استفاده قرار می‌گیرد؟
اساس جداسازی مواد به وسیله تقطیر استفاده از تفاوت نقطه جوش مواد موجود در یک محلول است

 ۴- اثر یک ماده محلول غیر فرار مانند کلسیم کلرید را روی نقطه جوش محلولی از این ماده چیست؟ اثر یک مادهٔ نا‌محلول مانند ماسه یا زغال سنگ چطور؟
محلولی از ماده حل شده غیر فرار همواره در دمای بالا‌تر از نقطه جوش حلال می‌جوشد. در محلولهایی که رقیق هستند، صعود نقطه جوش مستقیما به غلظت ماده حل شده بستگی دارد. صعود نقطه جوش محلولهایی را که مواد حل شده آن‌ها غیر فرار هستند، می‌توان بر حسب کاهش فشار بخار توجیه کرد. چون محلول مذبور در هر دمایی فشار بخاری کمتر از فشار بخار حلال خالص دارد، محلول مذبور باید برای جوش آمدن به دمای بالاتری برسد، یعنی رسیدن به این دما قبل از اینکه فشار بخار محلول برابر با فشار بیرون باشد، صورت گیرد



 ۵- از روی نمودار نقطهٔ جوش بر حسب حجم ماده تقطیر شده دربارهٔ خلوص ماده تقطیر شده چه نتیجه‌ای می‌توان گرفت؟
اگر محلولی را به طور کامل تقطیر کنیم و دما ثابت بماند می‌توان گفت که محلول خالص است