معرفي روش هاي تفکيک و تخليص ترکيبات آلي،آشنايي با انواع روش هاي تقطير،تقطير ساده و جز به جز

نگاه کلي

شيميدان آلي باتجربه به ندرت واكنش هايي را مي يابد كه فقط محصول (يا محصولات)مورد نظرش را توليد كند.علت اين عمل آن است كه در مخلوط واكنش همراه با محصول مورد نظر مقادير مختلفي از مواد اوليه تغيير نيافته و حلال ومحصول واكنشهاي جانبي كه همزمان با واكنش اصلي انجام مي شوند وجود دارد.
شيميدان نيروي زيادي را صرف مي كند تا محصول مورد نظر را از چنين ناخالصي هايي جدا كند.هدف از اين تحقيق ارائه روشهاي مهمي است كه شيميدان امروزي جهت تفكيك و تخليص تركيبات آلي به كار برد.

تقطير

روشهاي مختلفي براي جداسازي مواد اجزاي سازنده يک محلول وجود دارد که يکي از اين روشها فرايند تقطير مي‌باشد در روش تقطير جداکردن اجزاء يک مخلوط ، از روي اختلاف نقطه جوش آنها انجام مي‌گيردتقطير ، در واقع ، جداسازي فيزيکي برشهاي نفتي است که اساس آن ، اختلاف در نقطه جوش هيدروکربنهاي مختلف است. هر چه هيدروکربن سنگينتر باشد، نقطه جوش آن زياد است و هر چه هيدروکربن سبکتر باشد، زودتر خارج مي‌شود.. تقطير در عمل به دو روش زير انجام مي‌گيرد. روش اول شامل توليد بخار از طريق جوشاندن يک مخلوط مايع ، سپس ميعان بخار ، بدون اينکه هيچ مايعي مجددا به محفظه تقطير بازگردد. در نتيجه هيچ مايع برگشتي وجود ندارد. در روش دوم قسمتي از بخار مايع شده به دستگاه تقطير باز مي‌گردد و به صورتي که اين مايع برگشتي در مجاورت بخاري که به طرف مبرد مي‌رود قرار مي‌گيرد. هر کدام از اين روشها مي‌توانند پيوسته يا ناپيوسته باشند.
تقطير، معمولترين روشي است که براي تخليص مايعات به کار مي رود. دراين عمل مايع را به کمک حرارت تبخير مي کنند و بخار مربوطه را در ظرف جداگانه اي متراکم مي کنند و محصول تقطير را بدست مي آورند. چنانچه ناخالصيهاي موجود در مايع اوليه فرار نباشند، در باقي مانده تقطير به جا مي مانند و تقطير ساده جسم را خالص ميکند. در صورتي که ناخالصيها فرار باشند، تقطير جزء به جزء مورد احتياج خواهد بود.
چنانچه ناخالصي هاي موجود در مايع اوليه فرار نباشد در باقيمانده تقطير به جا مي ماند و تقطير ساده نمونه را خالص مي كند.در صورتيكه فرار باشند تقطير جز به جز مورد نياز خواهد بود.اگر فقط يك ماده فرار بوده و اختلاف نقطه ي جوش اين ماده با ناخالصي هاي موجود در آن زياد باشد (حدود 30درجه)مي توان براي جدا كردن اين ماده از ناخالصي ها از تقطير ساده استفاده نمود.از تقطير ساده معمولا د جداسازي مخلوط مايعاتي استفاده مي شود كه نقطه يجوشي در محدوده 40تا150درجه دارندزيرا در دماي بالاتر از 150درجه بسياري از تركيبات آلي تجزيه مي شوندودر دماي جوش كمتر از 40درجه مقدار زيادي از مايع در ضمن تقطيرهدر مي رود.
در تقطير مخلوطي ازدو يا چند جسم فشاربخار كل تابعي از فشار بخار هر يك از اجزا و كسر مولي آنه مي باشد. بر اساس قانون رائول فشار بخار جزيي يك تركيب فرار در يك محلول ايده آل با حاصلضرب فشار بخار در كسر مولي آن برابر است.بنابراين در بخار موجود بر سطح دو يا چند جزمحلول فرار ذرات كليه اجزا شركت كننده در محلول يافت مي شود.رابطهي بين فشار بخار كل(Pt)با فشار جزيي (Pi)و كسر مولي اجزا(Xi)به صورت زير است:
Pt=PaXa+PbXb+PcXc+……
نكته:اگر در محلولي شامل دو ماده شيميايي فرار يك جز داراي فشار بخار بيشتري از جز ديگر باشد بخار حاصل از آن در مقايسه با مايع داراي درصد بيشتري از جسم فرارتر خواهد بود.
ظروف معمولي در خلل و شكاف هاي جدار خود داراي بسته ها ي هواي محبوس مي باشند.با ريختن مايع در ظرف محفظه بسته ها از بخار پر مي شود.وقتي كه دماي مايع افزايش مي يابد بخار آنقدر به حالت متراكم باقي مي ماند تا اينكه از فشار بخار روي مايع بيشتر شود.در اين حالت بخار به دام افتاده افزايش حجم پيدا مي كند و به صورت حباب هايي به سطح مايع رسيده و خارج مي گردد. حالت به هم خوردگي حاصل از حباب ها (جوش)حباب هاي هواي بيشتري را به داخل مايع كشانده و فرايند با تشكيل بخار ادامه مي يابد.
با حرارت دادن مايعات درظروف شيشه اي كه داراي سطوحي نسبتا صاف و يكنواخت مي باشند حالت جوش ايجاد نمي شود و اگر درجه حرارت به اندازه كافي افزايش يابد به حالت انفجاري تبخير مي گردند.براي اجتناب از خطرات مربوط به جوشش ناگهاني (به صورت ضربه اي)منبعي براي دميدن حباب ها به درون مايع قبل از حرارت دادن و عمل جوش لازم است. در شرايط معمولي (فشارجو)اين منبع سنگ جوش مي باشد.سنگ جوش دانه هايي حاوي خلل ريز در خود بوده كه در آن مولكولهاي هوا حبس شده اند.با قرار گرفتن اين دانه ها در حلول حباب ها از سطح آنها تشكيل شده واز جوشيدن انفجاري و تاخير در جوش جلوگيري مي نمايد.
در ادامه به معرفي انواع روشهاي تقطير و توضيح اجمالي در ارتباط با آنها پرداخته ايم:

انواع تقطير :

تقطير ساده:

به عنوان مثال هنگاميكه ناخالصي غير فراري مانند شكر به مايع خالصي اضافه مي شود فشار بخار مايع تنزل مي يابد.علت اين عمل آن است كه وجود جز غير فرار به مقدار زيادي غلظت جز اصلي فرار را پايين مي آورد يعني ديگر تمام مولكولهايي كه در سطح مايع موجودند مولكولهاي جسم فرار نيستند و بدين ترتيب قابليت تبخير مايع كم مي شود.نمودار ارائه شده در زير اثر جز غير فرار را در فشار بخار مخلوط نشان مي دهد:
تقطير ساده را مي توان به دوصورت تعريف كرد:1-تقطير ساده غير مداوم2-تقطير ساده مداوم
• تقطير ساده غير مداوم : در اين روش تقطير ، مخلوط حرارت داده مي‌شود تا بحال جوش درآيد بخارهايي که تشکيل مي‌شود غني از جزء سبک مخلوط مي‌باشد پس از عبور از کندانسورها (ميعان کننده ها) تبديل به مايع شده ، از سيستم تقطير خارج مي‌گردد. به تدريج که غلظت جزء سنگين مخلوط در مايع باقي مانده زياد مي‌شود، نقطه جوش آن بتدريج بالا مي‌رود. به اين ترتيب ، هر لحظه از عمل تقطير ، ترکيب فاز بخار حاصل و مايع باقي مانده تغيير مي‌کند.
• تقطير ساده مداوم : در اين روش ، مخلوط اوليه (خوراک دستگاه) بطور مداوم با مقدار ثابت در واحد زمان ، در گرم کننده گرم مي‌شود تا مقداري از آن بصورت بخار درآيد، و به محض ورود در ستون تقطير ، جزء سبک مخلوط بخار از جزء سنگين جدا مي شود و از بالاي ستون تقطير خارج مي‌گردد و بعد از عبور از کندانسورها ، به صورت مايع در مي‌آيد جزء سنگين نيز از ته ستون تقطير خارج مي‌شود. قابل ذکر است که هميشه جزء سبک مقداري جزء سنگين و جزء سنگين نيز داراي مقداري از جزء سبک است.
نكته:در تقطير يك ماده خالص چنانچه مايع زياده از حد گرم نشوددرجه حرارتي كه در گرماسنج ديده مي شود يعني درجه حرارت دهانه ي خروجي با درجه حرارت مايع جوشان در ظرف تقطير يعني درجه حرارت ظرف يكسان است.درجه حرارت دهانه خروجي كه به اين ترتيب به نقطه جوش مايع مربوط مي شود در طول تقطير ثابت مي ماند.
هرگاه در مايعي تقطير مي شود ناخالصي غير فراري موجود باشد درجه حرارت دهانه خروجي همان درجه حرارت مايع خالص است زيرا ماده اي كه بر روي حباب گرماسنج متراكم مي شود به ناخالصي آلوده نيست.ولي درجه حرارت ظرف به علت كاهش فشا بخار محلول بالا مي ررود. در جريان تقطير درجه حرارت ظرف نيز افزايش مي يابد.زيرا كه غلظت ناخالصي با تقطير جز فرار به تدريج زياد مي شود و فشار بخار مايع بيشتر پايين مي ايد.با وجود اين درجه حرارت دهانه خروجي مانند مايع خالص ثابت مي ماند.رابطه كمي موجود بين فشار بخاروتركيب مخلوط همگن مايع(محلول)به قانون رائول معروف است وبه صورت معادله زيربيان مي شود:
جز مولي Rبه جزيي اطلاق مي شود كه تمام مولكولهاي موجود در آن مولكولهاي Rباشند.براي به دست آوردن اين جز مولي تعداد مولهاي Rدر مخلوط را بر مجموع تعداد مولهاي اجزا سازنده تقسيم مي كنند.معادله در زير آمده است:
بايد دانست كه در بالاي محلول ايده آلي كه محتوي Rاست فشار بخار جزR فقط به جزمولي Rبستگي داردوبه هيچ وجه به فشار بخار اجزاي ديگر مربوط نيست.چنانچه كليه اجزا به غير از Rغير فرار باشند فشار بخار كلي مخلوط برابر با فشار جز Rاست زيرا مي توان فشار بخار تركيبات غير فرار را صفر فرض كرد.در نتيجه محصول تقطير چنين مخلوطي هميشه Rخالص است.ولي اگر دو يا چند جز فرار باشند در اين صورت فشار بخار كل برابر با مجموع فشار بخارهاي جزيي هر يك از اجزاي فرار خواهد شد.(قانون دالتون-در اينجا RوSوTفقط به اجزاي فرار مربوط مي شود):
چنين مخلوط مايعي كه در بالا توضيح داده شد تفاوت زيادي دارد زيرا در اينجا ممكن است محصول تقطير هر يك از اجزاي فراررا در بر داشته باشد.تفكيك دراين حالت احتياج به تقطير جز به جز دارد.چگونگي انجام تقطير جز به جز در ادامه آمده است.
• تقطير تبخير آني (ناگهاني): وقتي محلول چند جزئي مانند نفت خام را حرارت مي‌دهيم، اجزاي تشکيل دهنده آن بترتيب که سبکتر هستند، زودتر بخار مي‌شود. برعکس وقتي بخواهيم اين بخارها را سرد و دوباره تبديل به مايع کنيم، هر کدام که سبکتر باشد ديرتر مايع مي‌گردد. با توجه به اين خاصيت ، مي‌توانيم نفت خام را به روش ديگري که به آن "تقطير آني" گويند، تقطير نماييم. در اين روش ، نفت خام را چنان حرارت مي‌دهيم که ناگهان همه اجزاي آن تبديل به بخار گردد و سپس آنها را سرد مي‌کنيم تا مايع شود. در اينجا ، بخارها به ترتيب سنگيني ، مايع مي‌شوند يعني هرچه سنگين‌تر باشند، زودتر مايع مي‌گردند و بدين گونه ، اجزاي نفت خام را با ترتيب مايع شدن از هم جدا مي‌کنيم.
• تقطير در خلا : با توجه به اينکه نقطه جوش مواد سنگين نفتي نسبتا بالاست و نياز به دما و انرژي بيشتري دارد، و از طرف ديگر ، مقاومت اين مواد در مقابل حرارت بالا کمتر مي‌باشد و زودتر تجزيه مي‌گردند، لذا براي جداکردن آنها از خلا نسبي استفاده مي‌شود. در اين صورت مواد دماي پايين‌تر از نقطه جوش معمولي خود به جوش مي‌آيند. در نتيجه ، تقطير در خلا ، دو فايده دارد: اول اين که به انرژي و دماي کمتر نياز است، دوم اينکه مولکولها تجزيه نمي‌شوند. امروزه در بيشتر موارد در عمل تقطير ، از خلا استفاده مي‌شود. يعني اين که: هم تقطير جزء به جزء و هم تقطير آني را در خلا انجام مي‌دهند.
• تقطير به کمک بخار آب : يکي ديگر از طرق تقطير آن است که بخار آب را در دستگاه تقطير وارد مي‌کنند در اين صورت بي آنکه خلاء‌اي ايجاد گردد، اجزاي نفت خام در درجه حرارت کمتري تبخير مي‌شوند. اين مورد معمولا در زماني انجام مي‌شود که در نقطه جوش آب ، فشار بخار اجزاي جدا شونده بالا باشد تا به همراه بخار آب از مخلوط جدا گردند.
غالبابه كمك تقطير با بخار آب مي توان تركيبات آلي فراري را كه باآب مخلوط نمي شوند يا تقريبا با آن غير قابل اختلاط هستند تفكيك و تخليص كرد.در اين روش مخلوط آب وجسم آلي با هم تقطير مي شوند.عمل تقطير يكمخلوط غير قابل امتزاج در صورتي كه يكي از اجزا آب باشد تقطير با بخار آب ناميده مي شود.
با توجه به اصولي كه در تقطير با بخار آب وجود داردمي توان محاسن ومحدوديت هاي اين روش را به بهترين وجه تشريح كرد.در مخلوطي از مواد فرار و غير قابل اختلاط فشار جزييpiهر جز در يك درجه حرارت معين برابر با فشار بخار piتركيب خالص در همان درجه حرارت استو به جز مولي تركيب در مخلوط بستگي ندارديعني هر يك از اجزاي سازنده مخلوط به طور مستقل از اجزاي ديگر تبخير مي شوند.
اين حالت با مخلوط مايعات قابل اختلاط اختلاف زيادي دارد زيرا كه در اين مايعات فشار جزيي هر جز سازنده به جز مولي آن در محلول مربوط است.(قانون رائول)در مخلوط تركيبات فرار وغير قابل اختلاط بر طبق قانون دالتون فشار كلي Ptمحلول (مخلوط)گازها با مجموع فشارهاي جزيي گازهاي تشكيل دهنده مي شودو به اين ترتيب فشار بخار كلي اين مخلوط از معادله زير به دست مي آيد:
از اين عبارت چنين ر مي آيد كه همواره در هر درجه حرارتي فشار بخار كل مخلوط حتي از فشار بخار فرارترين جز در آن درجه حرارت بيشتر است زيرا كه فشار بخار اجزاي ديگر مخلوط هم دخالت مي كنند.بنابراين بايد درجه جوش مخلوط تركيبهاي غير قابل اختلاط كمتر از جزيي باشد كه كمترين نقطه جوش را دارد.درجه حرارت تقطير با بخار آب نسبتا پايين (100درجه يا كمتراز آن)است و اين تقطير به خصوص در تخليص موادي به كار مي رود كه نسبت به حرارت حساسيت دارندودر حرارت هاي بالا تجزيه مي شوند.هم چنين اين روش براي جدا كردن تركيب از مخلوط از مخلوط واكنشي كه محتوي مقدار زيادي از مواد (قيرمانند)باشد مفيد است.اين مواد غير فرار و بي مصرف در اغلب واكنشهاي آلي تشكيل مي شوند.تركيب درصد محصولي كه در تقطير با بخار آب به دست مي آيد به وزن مولكولي تركيبات مورد تقطير و هم چنين به فشار بخار آنها در درجه حرارت تقطير مخلوط بستگي دارد.مخلوطي از دو جز غير قابل اختلاط AوBرا در نظر بگيريد.چنانچه بخارهاي AوBمانند گازهاي ايده آل عمل مي كنند با استفاده از قانون گازهاي ايه آل مي توان دو عبارت زير را به دست آورد:
از تقسيم معادله اول به دوم چنين به دست مي آيد:
چون فاكتور RTدر صورت و مخرج كسر مساوي است و حجم اشغالي گاز براي هر دو يكسان است(VA=VB)عبارت بالا چنين مي شود:
فرايند تقطير با بخار آب در آزمايشگاه و صنعت به طور وسيعي مورد استفاده قرار مي گيرد .به عنوان مثال براي جداسازي الفاپي نن-آنيلين-نيتروبنزنوبسياري از اسانس هاي طبيعي وروغن هاي معطر به كار مي رود.به طور خلاصه تقطير با بخار آب روشي را فراهم مي كند كه به كمك آن مي توان تركيبات آلي مايع و جامدي را كه فرار هستند ودر آب حل نمي شوند (يا تقريبا در آن نا محلولند)در شرايط نسبتا ملايم از تركيبات غير فرار جدا كرد.مسلما اين روش براي موادي كه در اثر تماس زياد با آب گرم تجزيه مي شوند يا با اب واكنشي مي دهند يا در 100درجه فشار بخارشان 5ميلي متر يا كمتر باشد مناسب نيست.
• تقطير آزئوتروپي : از اين روش تقطير معمولا در مواردي که نقطه جوش اجزاء مخلوط بهم نزديک باشند استفاده مي‌شود، جداسازي مخلوط اوليه ، با افزايش يک حلال خاص که با يکي از اجزاي کليدي ، آزئوتوپ تشکيل مي‌دهد امکان‌پذير است. آزئوتروپ محصول تقطير يا ته مانده را از ستون تشکيل مي‌دهد و بعد حلال و جزء کليدي را از هم جدا مي‌کند. اغلب ، ماده افزوده شده آزئوتروپي با نقطه جوش پايين تشکيل مي‌دهد که به آن شکننده آزئوتروپ مي‌گويند. آزئوتروپ اغلب شامل اجزاي خوراک است، اما نسبت اجزاي کليدي به ساير اجزاي خوراک خيلي متفاوت بوده و بيشتر است.
مثالي از تقطير آزئوتروپي استفاده از بنزن براي جداسازي کامل اتانول از آب است، که آزئوتروپي با نقطه جوش پايين با 6/95% وزني الکل را تشکيل مي‌دهد. مخلوط آب- الکل با 95% وزني الکل به ستون تقطير آزئوتروپي افزوده مي‌شود و جريان جريان غني از بنزن از قسمت فوقاني وارد مي‌شود. محصول ته مانده الکل تقريبا خالص است وبخار بالايي يک آزئوتروپي سه‌گانه است. اين بخار مايع شده، به دو فاز تقسيم مي‌شود. لايه آلي برگشت داده شده، لايه آلي به ستون بازيافت بنزن فرستاده مي‌شود. همه بنزن و مقدار الکل در بخار بالايي گرفته شده، به ستون اول روانه مي‌شوند. جريان انتهايي در ستون سوم تقطير مي‌شود تا آب خالص و مقداري آزئوتروپ دوگانه از آن بدست آيد.
• تقطير استخراجي : جداسازي اجزاي با نقطه جوش تقريبا يکسان از طريق تقطير ساده مشکل است حتي اگر مخلوط ايده آل باشد و به دليل تشکيل آزئوتروپ ، جداسازي کامل آنها غير ممکن است براي چنين سيستم هايي با افزايش يک جزء سوم به مخلوط که باعث تغيير فراريت نسبي ترکيبات اوليه مي‌شود، جداسازي ممکن مي‌شود. جزء افزوده شده بايد مايعي با نقطه جوش بالا باشد، قابليت حل شدن در هر دو جزء کليدي را داشته باشد و از لحاظ شيميايي به يکي از آنها شبيه باشد. جزء کليدي که به حلال بيشتر شبيه است ضريب فعاليت پايين تري از جزء ديگر محلول دارد، در نتيجه جداسازي بهبود مي يابد اين فرآيند ، تقطير استخراجي نام دارد.
مثالي از تقطير استخراجي، استفاده از فور فورال در جداسازي بوتادي‌ان و بوتن است، فورفورال که حلالي به شدت قطبي است، فعاليت بوتادي ان را بيش تر از بوتن و بوتان کم مي‌کند و غلظت بوتادي ان وفورفورال وارد قسمت فوقاني ستون تقطير استخراجي شود، با انجام تقطير بوتادي ان از فورفورال جدا مي‌شود.
• تقطير جزء به جزء : اجزاي سازنده محلول شامل دو ياچند فرار را که از قانون رائول پيروي مي‌کنند، مي‌توان با فرايند تقطير جزء به جزء از هم جدا کرد. طبق قانون رائول ، فشار بخار محلول برابر با مجموع اجزاي سازنده آن است و سهم هر جزء برابر با حاصلضرب کسر مولي آن جزء به جزء در فشار بخار آن در حالت خاص است. در تقطير محلولي از B و A ، غلظت A در بخاري که خارج شده و مايع مي‌شود، بيش از غلظت آن در مايع باقي مانده است. با ادامه عمل تقطير ، ترکيب درصد اجزا در بخار و مايع دائما تغيير مي‌کند و اين در هر نقطه عموميت دارد. با جمع آوري مايعي که از سردشدن بخار حاصل مي‌شود و از تقطير مجدد آن و با تکراري پي در پي اين عمل ، سرانجام مي‌توان اجزاي سازنده مخلوط اصلي را به صورتي 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 تقطيرجز 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.)

تقطير تبخير ناگهاني

در اين نوع تقطير ، مخلوطي از مواد نفتي که قبلا در مبدلهاي حرارتي و يا کوره گرم شده‌اند، بطور مداوم به ظرف تقطير وارد مي‌شوند و تحت شرايط ثابت ، مقداري از آنها به صورت ناگهاني تبخير مي‌شوند. بخارات حاصله بعد از ميعان و مايع باقيمانده در پايين برج بعد از سرد شدن به صورت محصولات تقطير جمع آوري مي‌شوند. در اين نوع تقطير ، خلوص محصولات چندان زياد نيست.

تقطير با مايع برگشتي (تقطير همراه با تصفيه)

در اين روش تقطير ، قسمتي از بخارات حاصله در بالاي برج ، بعد از ميعان به صورت محصول خارج شده و قسمت زيادي به داخل برج برگردانده مي‌شود. اين مايع به مايع برگشتي موسوم است. مايع برگشتي با بخارات در حال صعود در تماس قرار داده مي‌شود تا انتقال ماده و انتقال حرارت ، صورت گيرد. از آنجا که مايعات در داخل برج در نقطه جوش خود هستند، لذا در هر تماس مقداري از بخار ، تبديل به مايع و قسمتي از مايع نيز تبديل به بخار مي‌شود.
نتيجه نهايي مجوعه اين تماسها ، بخاري اشباع از هيدروکربنهاي با نقطه جوش کم و مايعي اشباع از مواد نفتي با نقطه جوش زياد مي‌باشد.در تقطير با مايع برگشتي با استفاده از تماس بخار و مايع ، مي‌توان محصولات مورد نياز را با هر درجه خلوص توليد کرد، مشروط بر اينکه به مقدار کافي مايع برگشتي و سيني در برج موجود باشد. بوسيله مايع برگشتي يا تعداد سينيهاي داخل برج مي‌توانيم درجه خلوص را تغيير دهيم. لازم به توضيح است که ازدياد مقدار مايع برگشتي باعث افزايش ميزان سوخت خواهد شد. چون تمام مايع برگشتي بايد دوباره به صورت بخار تبديل شود.
امروزه به علت گراني سوخت ، سعي مي‌شود براي بدست آوردن خلوص بيشتر محصولات ، به جاي ازدياد مايع برگشتي از سينيهاي بيشتري در برجهاي تقطير استفاده شود. زياد شدن مايع برگشتي موجب زياد شدن انرژي مي‌شود. براي همين ، تعداد سينيها را افزايش مي‌دهند. در ابتدا مايع برگشتي را 100درصد انتخاب کرده و بعد مرتبا اين درصد را کم مي‌کنند و به صورت محصول خارج مي‌کنند تا به اين ترتيب دستگاه تنظيم شود.

انواع مايع برگشتي

• مايع برگشتي سرد: اين نوع مايع برگشتي با درجه حرارتي کمتر از دماي بالاي برج تقطير برگردانده مي‌شود. مقدار گرماي گرفته شده ، برابر با مجموع گرماي نهان و گرماي مخصوص مورد نياز براي رساندن دماي مايع به دماي بالاي برج است.
• مايع برگشتي گرم: مايع برگشتي گرم با درجه حرارتي برابر با دماي بخارات خروجي برج مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
• مايع برگشتي داخلي: مجموع تمام مايعهاي برگشتي داخل برج را که از سيني‌هاي بالا تا پايين در حرکت است، مايع برگشتي داخلي گويند. مايع برگشتي داخلي و گرم فقط قادر به جذب گرماي نهان مي‌باشد. چون اصولا طبق تعريف اختلاف دمايي بين بخارات و مايعات در حال تماس وجود ندارد.
• مايع برگشت دوراني: اين نوع مايع برگشتي ، تبخير نمي‌شود. بلکه فقط گرماي مخصوص معادل با اختلاف دماي حاصل از دوران خود را از برج خارج مي‌کند. اين مايع برگشتي با دماي زياد از برج خارج شده و بعد از سرد شدن با درجه حرارتي کمتر به برج برمي‌گردد. معمولا اين نوع مايع برگشتي درقسمتهاي مياني يا دروني برج بکار گرفته مي‌شود و مايع برگشتي جانبي هم خوانده مي‌شود. اثر عمده اين روش ، تقليل حجم بخارات موجود در برج است.

نسبت مايع برگشتي

نسبت حجم مايع برگشتي به داخلي و محصول بالايي برج را نسبت مايع برگشتي گويند. از آنجا که محاسبه مايع برگشتي داخلي نياز به محاسبات دقيق دارد، لذا در پالايشگاهها ، عملا نسبت مايع برگشتي بالاي برج به محصول بالايي را به عنوان نسبت مايع برگشتي بکار مي‌برند.

تقطير نوبتي

اين نوع تقطيرها در قديم بسيار متداول بوده، ولي امروزه بعلت نياز نيروي انساني و ضرورت ظرفيت زياد ، اين روش کمتر مورد توجه قرار مي‌گيرد. امروزه تقطير نوبتي ، صرفا در صنايع دارويي و رنگ و مواد آرايشي و موارد مشابه بکار برده مي‌شود و در صنايع پالايش نفت در موارد محدودي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. بنابراين در موارد زير ، تقطير نوبتي از نظر اقتصادي قابل توجه مي‌باشد.
• تقطير در مقياس کم
• ضرورت تغييرات زياد در شرايط خوراک و محصولات مورد نياز
• استفاده نامنظم از دستگاه
• تفکيک چند محصولي
• عمليات توليد متوالي با فرآيندهاي مختلف

تقطير مداوم

امروزه بعلت اقتصادي بودن مداوم در تمام عمليات پالايش نفت از اين روش استفاده مي‌شود. در تقطير مداوم براي يک نوع خوراک مشخص و برشهاي تعيين شده شرايط عملياتي ثابت بکار گرفته مي‌شود. بعلت ثابت بودن شرايط عملياتي در مقايسه با تقطير نوبتي به مراقبت و نيروي انساني کمتري احتياج است. با استفاده از تقطير مداوم در پالايشگاهها مواد زير توليد مي‌شود:
گاز اتان و متان بعنوان سوخت پالايشگاه ، گاز پروپان و بوتان بعنوان گاز مايع و خوراک واحدهاي پتروشيمي ، بنزين موتور و نفتهاي سنگين بعنوان خوراک واحدهاي تبديل کاتاليستي براي تهيه بنزين با درجه آروماتيسيته بالاتر ، حلالها ، نفت سفيد ، سوخت جت سبک و سنگين ، نفت گاز ، خوراک واحدهاي هيدروکراکينگ و واحدهاي روغن سازي ، نفت کوره و انواع آسفالتها.

تقطير ساده:

شکل دستگاه تقطير ساده:
1- شعله 2- بالن ته گرد 3- سه راهي تقطير 4- دماسنج 5- سرد کننده 6- ورودي آب 7- خروجي آب 8- بالن 9- خروج هوا وبخار 10- رابط خلاء

بخش عملي

الف) تقطير ساده تتراکلريدکربن
20 ميلي ليتر تتراکلريد کربن را در بالن تقطير 50 ميلي ليتري بريزيد (احتياط: هرگز از بالني که بيش از نصف آن از ماده پر شده است استفاده نکنيد) دستگاه تقطير ساده را مطابق شکل سوار کنيد و توجه نمائيد که حباب دماسنج يا مخزن جيوه اي درست زير بازوي جانبي بالن تقطير (محل خروج بخار از بالن) باشد. قطعه کوچکي از سنگ جوش اضافه کنيد تا امکان تاخير در جوش که سبب ميشود مايع ناگهاني بالا آيد و يا به طور غير منتظره بداخل مبرد پرت شود، از بين برود.
بالن را با شعله کم حرارت دهيد و طوري شعله را تنظيم کنيد که سرعت ريختن مايع حاصل از سرد شدن که از مبرد به داخل ظرف جمع آوري مي ريزد حدود يک قطره در ثانيه باشد. نموداري از تغييرات درجه حرارت نسبت به حجم مايع جمع آوري شده رسم نمائيد و درجه حرارتي که مايع بيشتري تقطير ميشود به عنوان نقطه جوش ياداشت نمائيد. تقطير را در حالي که 3-2 ميلي ليتر مايع در بالن تقطير مانده است قطع کنيد.
نقطه جوشي که به دست آورده ايد با نقطه جوش کربن تترا کلريد که در کتاب يا مقالات ذکر شده است مقايسه نمائيد.
ب) تقطير ساده متانول و آب
در يک بالن 100 ميلي ليتري مخلوطي از 25 ميلي ليتر متانول و 25 ميلي ليتر آب بريزيد. دو عدد سنگ جوش کوچک در بالن بيندازيد و به آرامي بالن را حرارت دهيد. درجه حرارتي که اولين قطره مايع از نوک ترمومتر به داخل بالن ميچکد (ميعان) يادداشت کنيد و به عنوان شروع تقطير در نظر بگيريد. در همين لحظه بخارات داخل لوله جانبي شده و مايع ميشود و سرازير شده از دهانه خروجي مبرد وارد ظرف جمع آوري ميشود. در ابتداي شروع تقطير حرارت را به گونه اي تنظيم کنيد که سرعت تقطير يک قطره در ثانيه باشد. دماي ترمومتر را بر حسب حجم تقطير شده يادداشت کنيد و منحني آنرا رسم کنيد.
در فشار 760 mmHg متانول در 7/64 درجه سانتيگراد و آب در oC 100 مي جوشد. توجه داشته باشيد که در فشار آزمايشگاه در دماي پايين تري تقطير متانول شروع خواهد شد. هنگامي که 3-2 ميلي ليتر مايع در ته بالن باقي مانده است تقطيررا متوقف کنيد.

تقطير جزء به جزء:

براي جداکردن موادي که نقطه جوش آنها خيلي به هم نزديک باشد از تقطير جزء به جزء استفاده ميکنند. اختلاف اين روش با تقطير ساده آن است که در اين حالت از يک ستون تقطير جزء به جزء استفاده ميشود.
ستونهاي تقطير جزء به جزء انواع متعددي دارند ولي در تمام آنها چند خصلت کلي مشاهده ميشود. اين ستونها مسير عمودي را به وجود مي آورند که بايد بخار در انتقال از ظرف تقطير به مبرد از آن بگذرد، اين مسير به مقدار قابل ملاحظه اي از مسير دستگاه تقطير ساده طويلتر است. هنگام انتقال بخار از ظرف تقطير به بالاي ستون مقداري از بخار متراکم ميشود. مايع متراکم شده، در حالي که به پايين ستون مي ريزد دوباره در تماس با بخاري که از پايين به بالا در جريان است به طور جزئي تبخير ميشود و به سمت بالا ميرود و طي اين ميعان و تبخير شدنهاي متوالي بخار از جزء فرار تر غني تر ميشود، يعني هرچه به سمت بالاي ستون پيش ميرويم غلظت جزء فرار تر بيشتر و هر چه به سمت پايين مي آييم غلظت جزء غير فرار بيشتر ميشود.
از نقطه نظر تئوري، جدا کردن دو ترکيب فرار به طور کامل، بوسيله تقطير حتي زمانيکه اختلاف در نقطه جوش آنها زياد باشد امکان پذير نيست زيرا هميشه جزء داراي نقطه جوش پايين تر فشار بخارش را بر روي نقطه جوش جزء ديگر اعمال نموده و پاره اي از مولکولهاي با نقطه جوش بالاتر نيز تقطير ميگردند. اما بهرحال در امور تجربي، بوسيله تقطير جزء به جزء ميتوان مخلوط اينگونه مايعات را در حد مطلوبي جدا نمود.

تقطير جزء به جزء مخلوطهاي دو جزئي و چند جزئي

هدف از تقطير ، جداسازي خوراک به بخارهايي از محصولات تقريبا خالص است در تقطير سيستم هاي دو جزئي ، درجه خلوص با کسر مولي جزء سبک در محصول تقطير XO و در محصول ته مانده XB بيان مي‌شود. در سيستم هاي دو جزئي از يک مرحله به مرحله ديگر ، به جزء در نقطه آزئوتروپ ، دما و منحني تعادل تغيير مي‌کنند و يک جزء در تمام ستون فرارتر است. اما در سيستم هاي چند جزئي يک جزء ممکن است در يک قسمت ستون فرارتر و در قسمت ديگر فراريت کمتري داشته باشد، که ماهيت پيچيده غلظت اجزا را نشان مي‌دهد. تعادل فازي سيستم هاي چند جزئي نسبت به دو جزئي بسيار پيچيده است، به دليل اينکه تعداد اجزاء زياد است وتعادل به دما بستگي دارد و دما از يک مرحله به مرحله ديگر تغيير مي‌کند.

شکل دستگاه تقطير جزء به جزء:

1- سنگ جوش 2- مخلوط دو يا چند ماده 3- گرم کننده 4- ظرف تقطير (بالن) 5- ستون تقطير 6- دماسنج 7- خروجي آب 8- ورودي آب 9- سرد کننده 10- رابط خميده ساده 11- ظرف گيرنده (استوانه مدرج) 12- محصول تقطير
مخلوط دو ماده با هم در برخي مواد توليد آزئوتروپ ميکند، يعني مخلوط با درصد معيني تا آخرين قطره تقطير ميشود. در اينگونه موارد نميتوان مخلوط را بوسيله تقطير جزء به جزء از يکديگر جدا کرد. براي از بين بردن اين حالت يا ماده ديگري به مخلوط اضافه ميکنند تا آزئوتروپ ديگري که مطلوب باشد بدست آيد و يا فشار را تغيير ميدهند. مثلا الکل 95 درصد تشکيل آزئوتروپ ميدهد که براي از بين بردن نقطه آزئوتروپ، بنزن به آن اضافه ميکنند که در نتيجه نقطه آزئوتروپ ديگري با درصد آب بيشتر ايجاد ميشود که بدين ترتيب آب خارج شده، الکل و بنزن باقي ميماند که بوسيله تقطير جزء به جزء به راحتي جدا ميشود

بخش عملي

الف)تقطير جزء به جزء متانول و آب
در يک بالن ته گرد 100 ميلي ليتري مقدار 30 ميلي ليتر متانول و 30 ميلي ليتر آب بريزيد و براي اطمينان از جوشش آرام (جلوگيري از غليان محلول)، چند عدد سنگ جوش اضافه کنيد دستگاه تقطير جزء به جزء را مطابق شکل سوار کنيد. از ابتداي شروع تقطير حرارت را به گونه اي تنظيم کنيد که سرعت تقطير 10 الي 20 قطره در دقيقه باشد. درجه حرارتي که اولين قطره مايع از نوک دماسنج ميچکد را يادداشت کنيد. اگر ستون مايع طغيان ميکند سرعت تقطير را کم کنيد. محصول تقطير (مقطره) را در سه ظرف جدا در محدوده دمايي زير جمع آوري نماييد.
تا دماي 68 درجه مقطره را در ظرف (الف) ذخيره کنيد.
از 68 درجه تا 90 درجه مقطره را در ظرف (ب) جمع آوري نماييد.
از 90 درجه به بعد، آنرا در ظرف (ج) ذخيره کنيد.
تقطير را ادامه دهيد تا 3-2 ميلي ليتر مايع در ظرف تقطير باقي بماند و سپس شعله را خاموش کنيد.
حجم مايعات جمع آوري شده در هر ظرف را اندازه گيري کرده و ياد داشت کنيد. حجم مايع باقي مانده در ظرف تقطير را نيز اندازه گيري نموده و يادداشت کنيد.
ب) تقطير جزء به جزء بنزن و تولوئن
در يک ظرف ته گرد 100 ميلي ليتري 30 ميلي ليتر بنزن و 30 ميلي ليتر تولوئن ريخته و براي اطمينان از جوشش آرام، چند عدد سنگ جوش به آن اضافه کنيد. دستگاه تقطير جزء به جزء را آماده کنيد.
در اين دستگاه محل حباب دماسنج اهميت ويژه اي دارد، به محل آن نسبت به لوله جانبي سر دستگاه تقطير توجه کنيد (شکل دستگاه تقطير). سه ظرف 50 ميلي ليتري به عنوان ظرف گيرنده با برچسب (الف)، (ب) و (ج) آماده کنيد. در عمل بايد نوک رابط خلأ تا داخل گردن اين ظرف امتداد داشته باشد، بين رابط و ظرف گيرنده يک فضاي عمودي باقي نگذاريد زيرا اين فضا باعث سهولت فرار بخارهاي قابل اشتعال ميشود.
ظرف تقطير را با چراغ گاز حرارت دهيد. چراغ را طوري قرار دهيد که نوک شعله با توري سيمي تماس پيدا کند يا درست زير آن باشد، و شعله را از جريان باد محفوظ نگه داريد به نحوي که بتوانيد حرارت را تا حد ممکن به دقت تنظيم کنيد. به مجردي که محلول شروع به جوشيدن کرد و بخارهاي رفلاکس شده به گرما سنج رسيد، شعله را طوري ميزان کنيد که تقطير فقط با سرعتي در حدود يک قطره مايع مقطر در هر يک يا دو ثانيه به طور يکنواخت ادامه يابد. اولين مايع مقطر را در ظرف گيرنده (الف) جمع آوري کنيد. وقتي که درجه حرارت دهانه خروجي به 80 درجه رسيد، ظرف گيرنده (الف) را با ظرف گيرنده (ب) و در 105 درجه آن را با ظرف گيرنده (ج) عوض کنيد. تقطير را ادامه دهيد تا حدود 2 ميلي ليتر مايع در ظرف تقطير باقي بماند و بعد شعله را خاموش کنيد. حجم اجزاء تقطير شده در ظرف گيرنده (الف)، (ب) و (ج) را به کمک استوانه مدرج اندازه بگيريد و ياداشت کنيد. اجازه دهيد تا مايع موجود در ستون تقطير به داخل ظرف تقطير برگردد، حجم باقي مانده را اندازه گرفته و يادداشت کنيد.

تقطير با بخار آب:

غالبا به کمک تقطير با بخار آب ميتوان ترکيبات آلي فراري را که با آب مخلوط نميشوند يا تقريبا با آن غير قابل اختلاط هستند تفکيک و تخليص کرد. در اين روش مخلوط آب و جسم آلي با هم تقطير ميشوند. که به دو صورت امکان پذير است:
1) روش مستقيم: که مخلوط آب و ماده آلي با همديگر حرارت داده ميشوند (تقطير بوسيله آب).
2) روش غير مستقيم: که بخار آب را در ظرف ديگري ايجاد کرده و از داخل ماده آلي عبور ميدهند.
در تقطير با بخار آب طبق قانون دالتون فشار بخارهاي حاصله در درجه حرارت معين، برابر با مجموع فشارهاي جزئي همان بخارها است:
PT = P1 + P2 + P3 + …
از اين عبارت چنين بر مي آيد که همواره در هر درجه حرارتي فشار بخار کل مخلوط حتي از فشار بخار فرار ترين جزء در آن درجه حرارت بيشتر است، زيرا که فشار بخار اجزاي ديگر مخلوط هم دخالت ميکنند. بنابر اين بايد درجه جوش مخلوط ترکيبهاي غير قابل اختلاط کمتر از جزئي باشد که کمترين نقطه جوش را دارد.
آب (با نقطه جوش 100 درجه) و بروموبنزن (با نقطه جوش 156 درجه) در يکديگر نامحلولند. اين مخلوط در حدود 95 درجه سانتيگراد ميجوشد. در اين درجه، فشار بخار کل مخلوط برابر با فشار آتمسفر است. همانگونه که طبق نظريه دالتون پيش بيني ميشد اين درجه کمتر از نقطه جوش هر يک از اين دو ماده به صورت خالص است.
مزيت استفاده از تقطير با بخار آب در اين است که در جه حرارت در اين تقطير نسبتا پايين است (کمتر از 100 درجه) و اين روش براي خالص سازي موادي به کار ميرود که نسبت به حرارت حساسند و در حرارتهاي بالا تجزيه ميشوند. همچنين اين روش براي جدا کردن ترکيب، از مخلوط واکنشي که محتوي مقدار زيادي از مواد قير مانند باشد مفيد است.

برج تقطير

برجهاي تقطير با سيني کلاهکدار ، تعداد سينيها در مسير برج به نوع انتقال ماده و شدت تفکيک بستگي دارد. قطر برج و فاصله ميان سيني‌ها به مقدار مايع و گاز که در واحد زمان از يک سيني مي‌گذرد، وابسته است. هر يک از سيني‌هاي برج ، يک مرحله تفکيک است. زيرا روي اين سينيها ، فاز گاز و مايع در کنار هم قرار مي‌گيرند و کار انتقال ماده از فاز گازي به فاز مايع يا برعکس در هر يک از سيني‌ها انجام مي‌شود. براي اينکه بازدهي انتقال ماده در هر سيني به بيشترين حد برسد، بايد زمان تماس ميان دو فاز و سطح مشترک آنها به بيشترين حد ممکن برسد.

بخشهاي مختلف برج تقطير با سيني کلاهکدار

• بدنه و سينيها: جنس بدنه معمولا از فولاد ريخته است. جنس سيني‌ها معمولا از چدن است. فاصله سيني‌ها را معمولا با توجه به شرايط طراحي ، درجه خلوص و بازدهي کار جداسازي بر مي‌گزينند. در بيشتر پالايشگاههاي نفت ، براي برجهاي تقطير به قطر 4ft فاصله ميان 50 - 18 سانتيمتر قرار مي‌دهند. با بيشتر شدن قطر برج ، فاصله بيشتري نيز براي سيني‌ها در نظر گرفته مي‌شود.
• سرپوشها يا کلاهکها: جنس کلاهکها از چدن مي‌باشد. نوع کلاهکها با توجه به نوع تقطير انتخاب مي‌شود و تعدادشان در هر سيني به بيشترين حد سرعت مجاز عبور گاز از سيني بستگي دارد.
• موانع يا سدها: براي کنترل بلندي سطح مايع روي سيني ، به هر سيني سدي به نام "ويير" (Wier) قرار مي‌دهند تا از پايين رفتن سطح مايع از حد معني جلوگيري کند. بلندي سطح مايع در روي سيني بايد چنان باشد که گازهاي بيرون آمده از شکافهاي سرپوشها بتوانند از درون آن گذشته و زمان گذشتن هر حباب به بيشترين حد ممکن برسد. بر اثر افزايش زمان گذشتن حباب از مايع ، زمان تماس گاز و مايع زياد شده ، بازدهي سيني‌ها بالا مي‌رود.

برجهاي تقطير با سيني‌هاي مشبک

در برجهاي با سيني مشبک ، اندازه مجراها يا شبکه‌ها بايد چنان برگزيده شوند که فشار گاز بتواند گاز را از فاز مايع با سرعتي مناسب عبور دهد. عامل مهمي که در بازدهي اين سينيها موثر است، شيوه کارگذاري آنها در برج است. اگر اين سينيها کاملا افقي قرار نداشته باشند، بلندي مايع در سطح سيني يکنواخت نبوده و گذر گاز از همه مجراها يکسان نخواهد بود.
خورندگي فلز سينيها هم در اين نوع سينيها اهميت بسيار دارد. زيرا بر اثر خورندگي ، قطر سوراخها زياد مي‌شود که در نتيجه مقدار زيادي بخار با سرعت کم از درون آن مجاري خورده شده گذر خواهد کرد. و مي‌دانيم که اگر سرعت گذشتن گاز از حد معيني کمتر گردد، مايع از مجرا به سوي پايين حرکت کرده بازدهي کار تفکيک کاهش خواهد يافت.

برجهاي تقطير با سيني‌هاي دريچه‌اي

اين نوع سينيها مانند سينيهاي مشبک هستند. با اين اختلاف که دريچه‌اي متحرک روي هر مجرا قرار گرفته است. در صنعت نفت ، دو نوع از اين سينيها بکار مي‌روند:
1. انعطاف پذير: همانطور که از نام آن برمي‌آيد، دريچه‌ها مي‌توانند بين دو حالت خيلي باز يا خيلي بسته حرکت کنند.
2. صفحات اضافي: در اين نوع سينيها ، دو دريچه يکي سبک که در کف سيني قرار مي‌گيرد و ديگري سنگين که بر روي سه پايه‌اي قرار گرفته ، تعبيه شده است. هنگامي که بخار کم باشد، تنها سرپوش سبک به حرکت در مي‌آيد. اگر مقدار بخار از حد معيني بيشتر باشد، هر دو دريچه حرکت مي‌کنند.

مقايسه انواع گوناگون سيني‌ها

در صنعت نفت ، انواع گوناگون سيني‌ها در برجهاي تقطير ، تفکيک و جذب بکار برده مي‌شوند. ويژگيهايي که در گزينش نوع سيني براي کار معيني مورد توجه قرار مي‌گيرد، عبارت است از: بازدهي تماس بخار و مايع ، ظرفيت سيني ، افت بخار در هنگام گذشتن از سيني ، زمان ماندن مايع بر روي سيني ، مشخصات مايع و ... . چون در صنعت بيشتر سيني‌هاي کلاهکدار بکار برده مي‌شوند، براي مقايسه مشخصات سيني‌هاي ديگر ، آنها را نسبت به سيني‌هاي کلاهکدار ارزيابي مي‌کنند.

برجهاي انباشته

در برجهاي انباشته ، بجاي سيني‌ها از تکه‌ها يا حلقه‌هاي انباشتي استفاده مي‌شود. در برجهاي انباشته حلقه‌ها يا تکه‌هاي انباشتي بايد به گونه‌اي برگزيده و در برج ريخته شوند که هدفهاي زير عملي گردد.
1. ايجاد بيشترين سطح تماس ميان مايع و بخار
2. ايجاد فضا مناسب براي گذشتن سيال از بستر انباشته

جنس مواد انباشتي

اين مواد بايد چنان باشند که با سيال درون برج ، ميل ترکيبي نداشته باشند.

استحکام مواد انباشتي

جنس مواد انباشتي بايد به اندازه کافي محکم باشد تا بر اثر استفاده شکسته نشده و تغيير شکل ندهد.

شيوه قرار دادن مواد انباشتي

مواد انباشتي به دو صورت منظم و نامنظم درون برج قرار مي‌گيرند.
1. پر کردن منظم: از مزاياي اين نوع پر کردن، کمتر بودن افت فشار است که در نتيجه مي‌شود حجم بيشتر مايع را از آن گذراند.
2. پر کردن نامنظم: از مزاياي اين نوع پر کردن ، مي‌توان به کم هزينه بودن آن اشاره کرد. ولي افت فشار بخار در گذر از برج زياد خواهد بود.

مقايسه برجهاي انباشته با برجهاي سيني‌دار

در برجهاي انباشته ، معمولا افت فشار نسبت به برجهاي سيني‌دار کمتر است. ولي اگر در مايع ورودي برج ، ذرات معلق باشد، برجهاي سيني‌دار بهتر عمل مي‌کنند. زيرا در برجهاي انباشته ، مواد معلق ته‌نشين شده و سبب گرفتگي و برهم خوردن جريان مايع مي‌گردد. اگر برج بيش از حد متوسط باشد، برج سيني‌دار بهتر است. زيرا اگر در برجهاي انباشته قطر برج زياد باشد، تقسيم مايع در هنگام حرکت از بستر انباشته شده يکنواخت نخواهد بود.
در برجهاي سيني‌دار مي‌توان مقداري از محلول را به شکل فرايندهاي کناري از برج بيرون کشيد، ولي در برجهاي انباشته اين کار، شدني نيست. کارهاي تعميراتي در درون برجهاي سيني‌دار ، آسانتر انجام مي‌گيرد. تميز کردن برجهاي انباشته ، از آنجا که بايد پيش از هرچيز آنها را خالي کرده و بعد آنها را تميز نمايم، بسيار پرهزينه خواهد بود.

نكات مهم در انجام عمل تقطير:

1-از دستگاه تقطيري كه رابط هاي آن شل باشند ممكن است بخارهاي قابل اشتعالي كه باچراغ بونزن مجاور مشتعل شود (نشت كند). دستگاهي كه گيره هاي آن سفت بسته شده باشند ممكن است ضمن كار آزمايشگاهي در اثر فشار به نقطه ي شكست خود برسد و علاوه بر خطرات فيزيكي كه شيشه شكسته دارد باعث پخش مواد قابل اشتعال يا سوزان شود.
2-در بستن گيره بايد دهانه گيره با قطعه شيشه اي كه به آن بسته مي شود به صورت موازي قرار گيرد. اين حالت باعث مي شود كه گيره بدون كج كردن شيشه بسته شود وموجب شكستن شيشه يا شل كردن رابط ديگري نشود.قبل از اطمينان از وضعيت درست قطه ي شيشه اي و همترازي صحيح گيره آن را سفت نكنيد.
3-در تقطير ساده دستگاهي كه به كار مي رود در انتهاي گيره خنك كننده به هوا راه داردو از اين راه تعادل فشار برقرار مي شود.در آزمايشگاه هيچگاه نبايد يك دستگاه بسته را حرارت داد. چنان چهت تعادل فشاربرقرار نشود انبساط مواد در دستگاه فشار را زياد ي كند و اين عمل ممكن است باعث انفجار دستگاه شود.
4-در اين آزمايشات بايد توهجه داشت كه موادي مثل بنزن و تولوئن بايد خشك باشند.چنان چه از خشك بودن آنها اطمينان نداريد براي خشك كدن هر يك مي توانيد 50ميلي ليتر از آن را در دستگاه تقطيرساده اي بريزيد و تقطير كنيد تا مايع مقطر كدورتي را نشان ندهد.تقطير را قطع كنيد و باقي مانده تقطير (نه مايع مقطر)را در آزمايش تقطير جز به جز به كار بريد.اين روش براي خشك كردن حلال هاي مر طوبي مناسب است كه با آب آزئو تروپ با جوشش ميني مم مي دهند.
5-هنگاميكه مايع قابل اشتعالي را در حالت تقطير يا رفلاكس حرارت مي دهيد اطمينان حاصل كنيد كه تمام رابط ها نحكم و عاري از فشار باشند.در موقعي كه مايع بسيار فراري را گرم مي كنيد بهتر است كه يك لوله لاستيكي را به دهانه باز دستگاهي متصل مي كنيد و لوله را از لبه بالاي ميز كار بگذرانيد.و آن را از چرا گاز خود دور كنيد.
6-هرگز نگذاريد كه يك محصول تقطير قابل اشتعال به خصوص اگه نزديك به شعله نفر پهلويي شما باشد آزادانه از خنك كننده به ظرف گيرنده اي كه چند اينچ پايين تر از آن است بچكد.براي هدايت محصول تقطير به ظرف گيرنده از يك مبدل استفاده كنيد.
ضميمه:
حلالهاي قابل اشتعال كه معمولا با آنها زياد سرو كار داريم به ترتيب در زير آورده شده است:
1-اتيل اتر
2-استرها(اتيل استات)
3-الكلها(متانول-اتانول-2-پروپانول)
4-كتون ها(استون و بوتانون)
5-كربن دي سولفيد
6-هيدروكربن ها(پنتان -هگزان-بنزن-تولوئن و...)
منابع:
1)كتاب شيمي آلي تجربي نوين-جلد اول و جلد دوم-نام نويسندگان:رابرتس-گيلبرت-ردوالد-وينگرو-نام مترجم:هوشنگ پير الهي
2)كتاب شيمي عملي و آلي-مولفين:آقايان جليليان-وارسته مرادي-احمدي گلسفيدي
3)technique of chemistry/A.Weissberger
سايت هاي مرتبط:
1)http://www.daneshnamehroshd.com/
2)http://chemlab.mihanblog.com/
3)http://www.distillationgroup.com/distill.htm
4)http://orgchem.colorado.edu/hndbksupport/dist/dist.html
http://www.articles.ir/article2428.aspx