نگاه کلی
روشهای مختلفی برای جداسازی مواد اجزای سازنده یک محلول وجوددارد که یکی از این روشها فرایند تقطیر میباشد در روش تقطیر جداکردناجزاء یک مخلوط ، از روی اختلاف نقطه جوش آنها انجام میگیرد. تقطیر درعمل به دو روش زیر انجام میگیرد. روش اول شامل تولید بخار از طریقجوشاندن یک مخلوط مایع ، سپس میعان بخار ، بدون اینکه هیچ مایعی مجددا بهمحفظه تقطیر بازگردد. در نتیجه هیچ مایع برگشتی وجود ندارد. در روش دومقسمتی از بخار مایع شده به دستگاه تقطیر باز میگردد و به صورتی که اینمایع برگشتی در مجاورت بخاری که به طرف مبرد میرود قرار میگیرد. هر کداماز این روشها میتوانند پیوسته یا ناپیوسته باشند.

انواع تقطیر
تقطیرساده غیر مداوم : در این روش تقطیر ، مخلوط حرارت داده میشود تا بحال جوشدرآید بخارهایی که تشکیل میشود غنی از جزء سبک مخلوط میباشد پس از عبوراز کندانسورها (میعان کننده ها) تبدیل به مایع شده ، از سیستم تقطیر خارجمیگردد. به تدریج که غلظت جزء سنگین مخلوط در مایع باقی مانده زیادمیشود، نقطه جوش آن بتدریج بالا میرود. به این ترتیب ، هر لحظه از عملتقطیر ، ترکیب فاز بخار حاصل و مایع باقی مانده تغییر میکند.
تقطیرساده مداوم : در این روش ، مخلوط اولیه (خوراک دستگاه) بطور مداوم بامقدار ثابت در واحد زمان ، در گرم کننده گرم میشود تا مقداری از آن بصورتبخار درآید، و به محض ورود در ستون تقطیر ، جزء سبک مخلوط بخار از جزءسنگین جدا می شود و از بالای ستون تقطیر خارج میگردد و بعد از عبور ازکندانسورها ، به صورت مایع در میآید جزء سنگین نیز از ته ستون تقطیر خارجمیشود. قابل ذکر است که همیشه جزء سبک مقداری جزء سنگین و جزء سنگین نیزدارای مقداری از جزء سبک است.
تقطیر تبخیر آنی (ناگهانی) : وقتیمحلول چند جزئی مانند نفت خام را حرارت میدهیم، اجزای تشکیل دهنده آنبترتیب که سبکتر هستند، زودتر بخار میشود. برعکس وقتی بخواهیم این بخارهارا سرد و دوباره تبدیل به مایع کنیم، هر کدام که سبکتر باشد دیرتر مایعمیگردد. با توجه به این خاصیت ، میتوانیم نفت خام را به روش دیگری که بهآن "تقطیر آنی" گویند، تقطیر نماییم. در این روش ، نفت خام را چنان حرارتمیدهیم که ناگهان همه اجزای آن تبدیل به بخار گردد و سپس آنها را سردمیکنیم تا مایع شود. در اینجا ، بخارها به ترتیب سنگینی ، مایع میشوندیعنی هرچه سنگینتر باشند، زودتر مایع میگردند و بدین گونه ، اجزای نفتخام را با ترتیب مایع شدن از هم جدا میکنیم.
تقطیر در خلا : با توجهبه اینکه نقطه جوش مواد سنگین نفتی نسبتا بالاست و نیاز به دما و انرژیبیشتری دارد، و از طرف دیگر ، مقاومت این مواد در مقابل حرارت بالا کمترمیباشد و زودتر تجزیه میگردند، لذا برای جداکردن آنها از خلا نسبیاستفاده میشود. در این صورت مواد دمای پایینتر از نقطه جوش معمولی خودبه جوش میآیند. در نتیجه ، تقطیر در خلا ، دو فایده دارد: اول این که بهانرژی و دمای کمتر نیاز است، دوم اینکه مولکولها تجزیه نمیشوند. امروزهدر بیشتر موارد در عمل تقطیر ، از خلا استفاده میشود. یعنی این که: همتقطیر جزء به جزء و هم تقطیر آنی را در خلا انجام میدهند.
تقطیر بهکمک بخار آب : یکی دیگر از طرق تقطیر آن است که بخار آب را در دستگاهتقطیر وارد میکنند در این صورت بی آنکه خلاءای ایجاد گردد، اجزای نفتخام در درجه حرارت کمتری تبخیر میشوند. این مورد معمولا در زمانی انجاممیشود که در نقطه جوش آب ، فشار بخار اجزای جدا شونده بالا باشد تا بههمراه بخار آب از مخلوط جدا گردند.
تقطیر آزئوتروپی : از این روشتقطیر معمولا در مواردی که نقطه جوش اجزاء مخلوط بهم نزدیک باشند استفادهمیشود، جداسازی مخلوط اولیه ، با افزایش یک حلال خاص که با یکی از اجزایکلیدی ، آزئوتوپ تشکیل میدهد امکانپذیر است. آزئوتروپ محصول تقطیر یا تهمانده را از ستون تشکیل میدهد و بعد حلال و جزء کلیدی را از هم جدامیکند. اغلب ، ماده افزوده شده آزئوتروپی با نقطه جوش پایین تشکیل میدهدکه 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.
مثالیاز تقطیر آزئوتروپی استفاده از بنزن برای جداسازی کامل اتانول از آب است،که آزئوتروپی با نقطه جوش پایین با 6/95% وزنی الکل را تشکیل میدهد.مخلوط آب- الکل با 95% وزنی الکل به ستون تقطیر آزئوتروپی افزوده میشود وجریان جریان غنی از بنزن از قسمت فوقانی وارد میشود. محصول ته مانده الکلتقریبا خالص است وبخار بالایی یک آزئوتروپی سهگانه است. این بخار مایعشده، به دو فاز تقسیم میشود. لایه آلی برگشت داده شده، لایه آلی به ستونبازیافت بنزن فرستاده میشود. همه بنزن و مقدار الکل در بخار بالایی گرفتهشده، به ستون اول روانه میشوند. جریان انتهایی در ستون سوم تقطیر میشودتا آب خالص و مقداری آزئوتروپ دوگانه از آن بدست آید.

تقطیراستخراجی : جداسازی اجزای با نقطه جوش تقریبا یکسان از طریق تقطیر سادهمشکل است حتی اگر مخلوط ایده آل باشد و به دلیل تشکیل آزئوتروپ ، جداسازیکامل آنها غیر ممکن است برای چنین سیستم هایی با افزایش یک جزء سوم بهمخلوط که باعث تغییر فراریت نسبی ترکیبات اولیه میشود، جداسازی ممکنمیشود. جزء افزوده شده باید مایعی با نقطه جوش بالا باشد، قابلیت حل شدندر هر دو جزء کلیدی را داشته باشد و از لحاظ شیمیایی به یکی از آنها شبیهباشد. جزء کلیدی که به حلال بیشتر شبیه است ضریب فعالیت پایین تری از جزءدیگر محلول دارد، در نتیجه جداسازی بهبود می یابد این فرآیند ، تقطیراستخراجی نام دارد.
مثالی از تقطیر استخراجی، استفاده از فور فورالدر جداسازی بوتادیان و بوتن است، فورفورال که حلالی به شدت قطبی است،فعالیت بوتادی ان را بیش تر از بوتن و بوتان کم میکند و غلظت بوتادی انوفورفورال وارد قسمت فوقانی ستون تقطیر استخراجی شود، با انجام تقطیربوتادی ان از فورفورال جدا میشود.

تقطیر جزء به جزء : اجزایسازنده 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 برابربا حاصلضرب کسر مولی آن جزء به جزء در فشار بخار آن در حالت خاص است. درتقطیر محلولی از B و A ، غلظت A در بخاری که خارج شده و مایع میشود، بیشاز غلظت آن در مایع باقی مانده است. با ادامه عمل تقطیر ، ترکیب درصد اجزادر بخار و مایع دائما تغییر میکند و این در هر نقطه عمومیت دارد. با جمعآوری مایعی که از سردشدن بخار حاصل میشود و از تقطیر مجدد آن و با تکراریپی در پی این عمل ، سرانجام میتوان اجزای سازنده مخلوط اصلی را به صورتیواقعا خالص بدست آورد.



فرایند تقطیر جزء به جزء
تقطیرجزء به جزء در ستون تقطیر سینی دار و یا پر شده انجام میگیرد، به اینترتیب که بخارات حاصل شده، از پایین به طرف بالای ستون حرکت میکند و بافاز مایعی که از میعان بخارات قبلی که در طول ستون تولید شده اند و به طرفپایین جریان دارند، در تماس میباشد و به این صورت تماس کامل بین فاز گازو مایع برقرار میشود. درجه حرارت هر سینی پایینی خود کمتر است، و در ستونتقطیر ، دما از پایین به بالا ، کم میگردد. بخارهایی که نقطه میعان آنها، مساوی درجه حرارت سینی باشد، و روی آن سینی به مایع تبدیل میشود و رویآن جمع میگردد و به روی سینی پایینی میریزد. در نتیجه این عمل فاز بخار، که غنی از جزء سبک است، از بالای ستون خارج میشود و فاز مایع که غنی ازجزء سنگین از پایین جمع آوری میگردد. بخارهای خارج شده از قسمت بالایستون در کندانسورها به مایع تبدیل شده، به عنوان محصول جمع آوری میگرددمعمولا مقداری از این مایع جمع آوری شده جهت کنترل دمای ستون تقطیر بهعنوان مایع برگشتی به داخل آن برمیگردد. قسمت بالای ستون تقطیر تا سینیکه خوراک روی آن میریزد به نام منطقه" تفکیک ستون" گویند و قسمت پایینستون مربوط به خوراک را منطقه "عریان کننده" مینامند.

تقطیر جزء به جزء مخلوطهای دو جزئی و چند جزئی
هدفاز تقطیر ، جداسازی خوراک به بخارهایی از محصولات تقریبا خالص است درتقطیر سیستم های دو جزئی ، درجه خلوص با کسر مولی جزء سبک در محصول تقطیرXO و در محصول ته مانده XB بیان میشود. در سیستم های دو جزئی از یک مرحلهبه مرحله دیگر ، به جزء در نقطه آزئوتروپ ، دما و منحنی تعادل تغییرمیکنند و یک جزء در تمام ستون فرارتر است. اما در سیستم های چند جزئی یکجزء ممکن است در یک قسمت ستون فرارتر و در قسمت دیگر فراریت کمتری داشتهباشد، که ماهیت پیچیده غلظت اجزا را نشان میدهد. تعادل فازی سیستم هایچند جزئی نسبت به دو جزئی بسیار پیچیده است، به دلیل اینکه تعداد اجزاءزیاد است وتعادل به دما بستگی دارد و دما از یک مرحله به مرحله دیگر تغییرمیکند.