دستگاه تقطیر چگونه کار میکند؟

در کلاس علوم، احتمالاً دستگاهی را دیده اید که از یک بالون، یک لوله خنک کننده و یک ظرف جمع آوری ساخته شده است که آب شور را به آب شیرین تبدیل می کند. همین اصل ساده در مقیاس بزرگتر در پالایشگاه ها، کارخانه های داروسازی، صنایع غذایی و کارگاه های گلاب کار می کند. در این مقاله توضیح می دهیم که دستگاه تقطیر چگونه کار می کند، از چه اجزایی ساخته شده است، چه مخلوط هایی را جدا می کند و چه نوع برای هر کاربرد مناسب است.

دستگاه تقطیر چیست؟

دستگاه تقطیر دستگاهی است که اجزای یک مخلوط مایع را با استفاده از اختلاف نقطه جوش آنها جدا می کند. مایع داخل دستگاه گرم می شود، جزء با نقطه جوش کمتر زودتر به بخار تبدیل می شود، بخار در مسیر خنک شدن به مایع برمی گردد و در ظرف جداگانه ای جمع آوری می شود. مایعی که در ظرف جمع آوری قرار می گیرد «مقطیر» نامیده می شود.

پاسخ کوتاه برای دانش آموزان: اساس کار دستگاه تقطیر تفاوت در نقطه جوش مواد و تبدیل تبخیر و میعان است. مثلاً اگر آب و الکل را با هم مخلوط کرده و حرارت بدهیم، الکل با نقطه جوش حدود 78 درجه سانتیگراد سریعتر از آب (100 درجه) تبخیر می شود. بخار الکل در کندانسور سرد می شود و به صورت مایع در ظرف جمع آوری می چکد. این جداسازی دو مایع است.

اساس تقطیر چیست؟

هر ماده خالص در یک فشار معین نقطه جوش ثابتی دارد. هنگامی که چندین مایع با هم حل می شوند و یک محلول همگن تشکیل می دهند، نمی توان آنها را با فیلتراسیون یا ته نشینی جدا کرد. تقطیر این مشکل را با سه حالت انتقال حل می کند:

• تبخیر: گرما به مخلوط می رسد و جزء فرارتر سریعتر به بخار تبدیل می شود.
• حرکت بخار: بخار از بالون به لوله اتصال و کندانسور می رود.
• تراکم: بخار در تماس با سطح سرد کندانسور گرما را از دست می دهد و دوباره مایع می شود.

در واقع، مقادیر کمی از تمام اجزاء در هر دمایی تبخیر می شوند. در دمای پایین تر، سهم جزء فرارتر در بخار بیشتر است. به همین دلیل، تقطیر اولیه از نظر مواد فرار غنی‌تر است، اما همیشه کاملاً خالص نیست.

اجزای یک دستگاه تقطیر ساده

دستگاه تقطیر آزمایشگاهی ساده معمولاً از شیشه ساخته می شود و دارای قطعات زیر است:

1. منبع حرارت: بخاری برقی، حمام آب، حمام نفت یا شعله گاز که مایع را گرم می کند.
2. فلاسک تقطیر: ظرفی که مخلوط اولیه در آن ریخته می شود. بادکنک ته گرد رایج ترین نوع آن است.
3. سنگ جوش: قطعات متخلخل کوچکی که جوش را یکنواخت کرده و از پرش ناگهانی مایع جلوگیری می کند.
4. دماسنج: دمای بخار را نشان می دهد. مخزن آن باید جلوی خروجی بخار باشد.
5. لوله اتصال (سر تقطیر): بخار را از بالون به کندانسور منتقل می کند.
6. کندانسور (مبرد): لوله ای که جریان آب سرد به دور آن می چرخد. آب از پایین وارد و از بالا برای خنک شدن بهتر خارج می شود.
7. ظرف مجموعه: ارلن یا بوشری که در آن تقطیر جمع می شود.

قطعات دیگری نیز در دستگاه های صنعتی و نیمه صنعتی مانند دیگ استیل، ویگرو (ستون جداکننده)، دماسنج برای اندازه گیری دما و فشار، الکل سنج و مزور دیده می شود.

یک دستگاه تقطیر ساده چگونه کار می کند؟

مراحل کار در تقطیر ساده به شرح زیر است:

1. مخلوط را داخل بادکنک بریزید. حجم آن نباید بیشتر از دو سوم بادکنک باشد. مقداری سنگ پا اضافه کنید.
2. قطعات را به پایه وصل کنید و همه اتصالات را ببندید. نشتی باعث از بین رفتن بخار می شود.
3. جریان آب سرد را در کندانسور برقرار کنید.
4. بادکنک را به تدریج گرم کنید. شدت حرارت را طوری تنظیم کنید که تقطیر با سرعت یکنواخت چکه کند.
5. هنگامی که دما به نقطه جوش جزء فرارتر می رسد، بخار افزایش می یابد و دماسنج یک عدد ثابت را نشان می دهد.
6. بخار در کندانسور به مایع تبدیل می شود و به داخل ظرف جمع آوری می چکد.
7. قبل از خشک شدن ته بادکنک، حرارت را خاموش کرده و اجازه دهید دستگاه خنک شود.

عدد دماسنج ثابت نشانه خوبی است. اگر دما به طور ناگهانی افزایش یابد، به این معنی است که جزء دوم مخلوط شروع به تبخیر کرده است و باید ظرف جمع آوری را عوض کنید.

نمونه تقطیر برای علم هشتم و نهم

این مثال ها در کتب علوم و امتحانات بیش از بقیه تکرار می شوند:

• آب و نمک: نمک در دمای معمولی تبخیر نمی شود. با حرارت دادن آب نمک فقط آب تبخیر شده و در کندانسور به آب مقطر تبدیل می شود. نمک در ته بادکنک باقی می ماند. نمونه هایی از آب دریا و آب شیرین با همین روش تهیه می شود.
• آب و الکل: به دلیل اختلاف نقطه جوش (78 و 100 درجه) الکل زودتر جدا می شود.
• آب و جوهر یا رنگ: آب تبخیر می شود و تقطیر بی رنگ است. رنگدانه در بالون باقی می ماند.
• گل و آب (گل رز چیدن): بخار آب اسانس گیاه را با خود می برد و پس از تغلیظ گلاب یا عرق گیاه به دست می آید.

برای جداسازی چه مخلوط هایی از دستگاه تقطیر استفاده می شود؟

این سوال که دستگاه تقطیر برای جداسازی مخلوط ها چیست اغلب در آزمون های علوم هشتم و نهم مطرح می شود. پاسخ آن:

• محلول های همگن مایع در مایع که نقطه جوش آنها فاصله زیادی با هم دارند، مانند آب و الکل یا آب و استون.
• محلول جامد در مایعی که جامد فرار نیست، مانند آب و نمک یا آب و شکر.
• مخلوط های پیچیده ای مانند نفت خام که با تقطیر به بنزین، نفت سفید، گازوئیل و … جدا می شوند.

دستگاه تقطیر برای جداسازی مخلوط های ناهمگن مانند آب و ماسه یا آب و روغن استفاده نمی شود. آنها توسط صافی یا آبکش جدا می شوند.

انواع تقطیر و تفاوت آنها

باید بدانید که مخلوط آب و اتانول به ترکیب ثابت حدود 96 درصد الکل می رسد و با تقطیر ساده از این خالص تر نمی شود. این پدیده «آزئوتروپ» نام دارد.

دستگاه تقطیر خانگی و صنعتی

دستگاه تقطیر خانگی که به عرق خوری و دیگ آب نیز معروف است، معمولا بین 10 تا 50 لیتر ظرفیت دارد. برای عصاره های گیاهی از گلاب و آب مقطر استفاده می شود. دستگاه های صنعتی دارای حجم بالاتر، کندانسور بزرگتر و کنترل دقیق تر دما و فشار هستند و برای تولید انبوه در صنایع غذایی و دارویی طراحی شده اند.

کندانسور این دستگاه ها دو نوع است. نوع آبی با جریان آب سرد کار می کند و خنک کننده پایدار است. نوع برقی آن از فن استفاده می کند، نیازی به آب ندارد و در مکان هایی که آب کمیاب است استفاده می شود.

کاربرد دستگاه تقطیر

• تامین آب مقطر برای آزمایشگاه ها، باتری ها و تجهیزات پزشکی
• تولید گلاب، نعناع، ​​مشک و سایر عرقیات گیاهی
• پالایش نفت و تولید بنزین، گازوئیل و نفت سفید
• تولید و تصفیه حلال های صنعتی
• استخراج اسانس و مواد معطر برای صنایع غذایی، بهداشتی و آرایشی
• تصفیه آب نمک و تولید آب شیرین

نکات ایمنی هنگام کار با دستگاه تقطیر

• مواد قابل اشتعال مانند الکل را در نزدیکی شعله باز حرارت ندهید و محیط را تهویه نکنید.
• هرگز دستگاه را کاملا بسته و بدون خروجی بخار گرم نکنید، زیرا فشار زیاد خطرناک است.
• شیشه داغ را با دست لمس نکنید و از دستکش و عینک استفاده کنید.
• جریان آب کندانسور را قبل از شروع حرارت شروع کرده و تا پایان عملیات نگه دارید.
• تقطیر مشروبات الکلی در کشور دارای محدودیت های قانونی است. از دستگاه فقط برای مقاصد مجاز استفاده کنید.

در خرید دستگاه تقطیر به چه نکاتی توجه کنیم؟

• جنس بدنه: استیل 304 بیشتر برای مصارف غذایی و دارویی مناسب است، زیرا زنگ نمی زند و با مواد واکنش نشان نمی دهد.
• ظرفیت: اندازه قابلمه را با توجه به کار روزانه خود انتخاب کنید.
• نوع کندانسور: نوع آب یا برق را بر اساس در دسترس بودن آب انتخاب کنید.
• لوازم جانبی: دماسنج، ویگرو، واشر سیلیکونی و شلنگ مقاوم در برابر حرارت را بررسی کنید.
• منبع حرارت: بخاری برقی، گازی یا دو منظوره را با شرایط محل کار تنظیم کنید.
• خدمات پس از فروش: امکان تهیه قطعات یدکی و پشتیبانی فنی را بپرسید.

سوالات متداول در مورد دستگاه تقطیر

کار دستگاه تقطیر چیست؟

دستگاه تقطیر مایعات مخلوط را بر اساس اختلاف نقطه جوش جدا می کند. مایع گرم می شود، تبخیر می شود، در کندانسور سرد می شود و دوباره به مایع تبدیل می شود.

تفاوت بین تقطیر ساده و تقطیر کسری چیست؟

در تقطیر ساده، مایع یک بار تبخیر و متراکم می شود. در تقطیر جزئی، بخار از ستون تقطیر عبور می کند و چندین مرحله تراکم و تبخیر انجام می شود. به همین دلیل، جداسازی مایعات با نقطه جوش نزدیک امکان پذیر است.

چرا سنگ جوش را در فلاسک تقطیر می گذارند؟

سنگ سوزاننده حباب های کوچک و یکنواختی ایجاد می کند. بدون آن، مایع ممکن است به طور ناگهانی بجوشد و از بالون پاشیده شود.

آیا آب نمک را می توان با دستگاه تقطیر شیرین کرد؟

بله آب تبخیر می شود و نمک در بالون باقی می ماند. آب به دست آمده از میعانات بخار شیرین و مقطر است.

دماسنج دستگاه تقطیر را کجا می گذارند؟

مخزن دماسنج باید با خروجی بخار همسطح باشد نه در مایع. به این ترتیب دمای بخار را نشان می دهد و نقطه جوش ماده جدا شده مشخص می شود.

اظهارات پایانی

دستگاه تقطیر با سه مرحله ساده تبخیر، انتقال بخار و میعان کار می کند و اساس کار آن اختلاف نقطه جوش اجزای مخلوط است. اگر اجزای دستگاه را بشناسید و مراحل کار را طی کنید، از مسائل علمی هشتم و نهم تا تولید گلاب و تصفیه روغن نیز همین منطق را خواهید دید. انتخاب نوع مناسب، مواد مناسب بدنه و رعایت نکات ایمنی، کیفیت تقطیر و عمر دستگاه را مشخص می کند.