جداسازی به روش تقطیر- Distillation

جداسازی به روش تقطیر- Distillation

روشهای مختلفی 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 می‌گیرد. 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.

انواع تقطیر
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 کننده ها) 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 می شود 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.
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 این که به انرژی و دمای کمتر نیاز است، دوم اینکه مولکولها تجزیه نمی‌شوند. امروزه در بیشتر موارد در عمل تقطیر ، از خلا استفاده می‌شود. یعنی این که: 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 بی آنکه 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.
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 6/95% وزنی الکل را تشکیل می‌دهد. مخلوط آب- الکل با 95% 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.

ادامه نوشته

آشکارسازهای کروماتوگرافی

آشکارساز هدایت گرمایی ( T.C.D) :
اساس این آشکارساز بر روی درجه از دست دادن حرارت از فیلامانها به گاز اطراف خود می باشد و از دست دادن حرارت بستگی به ترکیب گاز دارد. هدایت حرارتی اغلب ترکیبات آلی از گاز حامل بیشتر است. در اثر گرم شدن سیم پیچها شدت جریان عبوری کاهش می یابد.
عوامل موثر در حساسیت آشکارساز :
1- جریان الکتریکی : هر چه جریان بیشتر شود حساسیت زیادتر خواهد شد ولی افزایش بیش از حد باعث سوختن فیلامانها خواهد شد .
2- گاز حامل : هر چه قابلیت هدایت گرمایی گاز حامل بیشتر باشد حساسیت بیشتر خواهد شد به همین جهت گاز هلیم و هیدروژن برای این آشکارساز مناسب می باشد ولی هیدروژن به دلیل قابل انفجار بودن کمتر مورد استفاده قرار می گیرد .
3- درجه حرارت : افزایش شدت جریان باعث افزایش درجه حرارت فیلامانها شده که نتیجه آن افزایش حساسیت آشکارساز می باشد .

رعایت نکات زیر هنگام کار با T.C.D ضروری است :
1- قبل از روشن نمودن آشکارساز گاز حامل را در سرویس قرار داده و از خروج گاز از خروجی آشکارساز مطمئن شوید .
2- هنگام خاموش کردن دستگاه ، ابتدا جریان فیلامانها را قطع کرده اجازه دهید درجه حرارت آشکارساز پایین آید سپس جریان گاز را قطع کنید .
3- هنگام تعویض ستون ، یا Septum و یا هر تغییر دیگر جریان عبوری از فیلامانها را قطع کنید چون وجود اکسیژن باعث اکسیده شده فیلامانها گشته ، حساسیت آشکارساز را کم خواهد کرد .
4- تزریق نمونه هایی نظیر اسید کلرید ریک ، الکیل هالیدها وترکیبات خورنده به آشکارساز صدمه خواهد زد .

آشکارساز یونیزاسیون شعله ای : ( F.I.D)
اساس این آشکارساز برروی قابلیت هدایت الکتریکی گاز که بستگی به ذرات باردار دارد قرار دارد . گاز خروجی از ستون همراه با نمونه بین دو الکترود وارد شده ، یونیزه می شوند .
اکثر ترکیبات آلی هنگامی که در دمای شعله هیدروژن-هوا، گرماکافت میشوند، واسطه های یونی تولید میکنند که مکانیسمی را در اختیار میگذارند که توسط آن الکتریسیته میتواند از درون شعله عبور کند.
عمل یونیزاسیون در شعله بدرستی روشن نیست و ممکن است یکی از حالتهای زیر اتفاق بیافتد .
1- تشکیل یون H3O + و اگزوترمیک بودن فعل و انفعال باعث عمل یونیزاسیون می شود.
2- یونیزاسیون توسط شعله ایجاد شده در آشکارساز .
3- تشکیل رادیکال آزاد که اگزوترمیک می باشد باعث عمل یونیزاسیون می شود . به هر حال در اثر یونیزاسیون یک میکرو جریان به وجود آمده که پس از تقویت توسط یک الکترومتر به صورت یک سیگنال به ثبات فرستاده می شود .
فاصله بین دو الکترود مانند یک مقاومت متغیر عمل کرده و مقدار مقاومت از روی تعداد ذرات باردار معین می شود . شعله ایجاد شده در این آشکارساز حاصل مخلوط هوا و هیدروژن می باشد . ناخالصی های موجود در گاز حامل و bleeding ستون همیشه یک جریان ثابتی از ذرات باردار بین دو الکترود ایجاد می نماید که به جریان زمینه موسوم می باشد که معمولا برای حذف این جریان از Bucking Votlage استفاده می شود تا خط مبدا بدون پارازیت باشد . برای استفاده از این آشکارساز در ماکزیمم حساسیت ،
نیاز به بهینه کرده سرعت جریان گازهای هوا و هیدروژن می باشد که معمولا هیدروژن و هوا می باشد و دامنه خطی آشکارساز 107 می باشد .
آلوده شدن FID و تمیز کردن آن :
آلودگی در این آشکارساز به سه دسته تقسیم می شوند ؛
1- آلوده شدن توسط فاز مایع
2- آلوده شدن در اثر استفاده از حلالهایی نظیر بنزن و تولوئن
3- آلوده شدن توسط آب
فازهای مایع سیلیکونی به دلیل تشکیل SiO2 در شعله باعث آلوده شدن این آشکارساز شده و وجود ذرات SiO2 در قسمتهای Jet , Collector Ion سبب نوساناتی در خط مبدا خواهد شد در چنین مواردی باید دتکتور را باز کرده قسمت های آلوده شده را با حلال مناسب و یا سمباده نرم تمیز نمود .
استفاده از حلالهایی نظیر بنزن و تولوئن در شعله ایجاد دوده نموده و آلوده شدن قسمتهای مختلف سبب نوساناتی در خط مبدا خواهد شد که باید آشکارساز تمیز گردد .
در صورت پایین بودن درجه حرارت آشکارساز آب تشکیل شده در شعله آنرا آلوده کرده که برای رفع آن کافی است درجه حرارت آشکارساز بالاتر از 120°c انتخاب شود .

هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه ای (PAH)

هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه ای (هیدروکربن های پلی سیکلیک آروماتیک)

هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه ای (PAH) ترکیباتی شامل دو یا چند حلقه ای آروماتیک بهم جوش خورده هستند که به صورت ایزومرهای مختلفی وجود دارند. این ترکیبات در محیط اغلب به صورت مخلوط های پیچیده ای حضور دارند و به صورت منفرد دیده نمی شوند. بصورت خالص معمولاً جامداتی بی رنگ تا سفید یا زرد کم رنگ بوده و در رنگ سازی، ساخت پلاستیک ها، آفت کش ها و آسفالت جاده ها به کار می روند.از جمله این ترکیبات می توان به نفتالن، اسفنتیلن، آنتراسن، فلورن، فاورانتن، فناترن، بنزو[a]پیرن، بنزو [k] فلورانتن و غیره اشاره نمود.

PAH ها دسته بزرگی از سرطان زاهای محیطی هستند که در همه جا به عنوان آلاینده های محیطی از جمله آب، هوا و خاک دیده می شوند و بواسطه مقاومتشان در محیط های مختلف برای سلامتی انسان مضر می باشند. از آنجایی که این مواد از حوادث طبیعی از قبیل آتش سوزی جنگل ها، فعالیت های آتشفشانی و همچنین در فرایندهای احتراق ناقص سوخت های فسیلی، کوره های متالوژی و غیره حاصل می شوند، لذا به طور گسترده ای در محیط پراکنده اند. جدا از مقادیر کم حاصل از منابع ژئوشیمیایی و طبیعی، ترکیبات آروماتیک چند حلقه ای عموماً از منابع انسانی حاصل  می شوند. دودکش های صنعتی، اگزوز اتومبیل ها، زباله سوزها و وسایل گرم کننده خانگی از منابع مهم آلودگی هوا توسط PAH می باشند . آلودگی ناشی از منابع نفتی نیز قابل توجه است. این آلودگی  می تواند به علت ترکیدگی لوله های نفتی، پوسیدگی تانکرها، نشت مخازن سطحی و یا حتی زیرزمینی و اتفاقات متعدد دیگری که اغلب در تولید و انتقال مواد نفتی رخ می دهد باشد. علاوه بر این، این آلودگی می تواند بطور طبیعی و به خاطر نفوذ نفت از مخازن زیرزمینی نفت و گاز به سطوح فوقانی نیز بوجود آید.

 منابع موجود ترکیبات آروماتیک چند حلقه ای در محیط زیست

بخش های مختلف محیط زیست از جمله آب، خاک و هوای تنفسی آلوده به انواع PAH ها در مقادیر متفاوتی می باشند. مقدار این ترکیبات در اتمسفر ممکن است به۲۰mgm^-3   هم برسد. گازهای خروجی دودکش کوره های زغالی حاوی مقادیری بالغ بر  mgm^-3100 و دود سیگار شامل  ۱۰۰mgm^-3 ترکیبات PAH می باشد. به دلیل فشار بخار پایین، بسیاری از این ترکیبات اغلب به صورت آئروسل در هوا معلق هستند. مقدار PAH موجود در هوای مناطق شهری 10 برابر مناطق روستایی می باشد. منبع مهم آلودگی هوا در مناطق شهری موتورهای دیزلی است. خروجی این موتورها اغلب شامل دوده و ترکیبات آلی است. فعالیت های صنعتی یکی از عوامل ورود PAH ها به محیط هستند، بطوریکه غلظت این ترکیبات در هوای ناحیه غیرصنعتی آلاسکا ngm^-3 8/1 است در حالیکه در هوای یک پالایشگاه نفت در انگلستان mgm^-3 5 تخمین زده شده است.

هوا همیشه در ارتباط با آب و خاک است، به نحوی که آلودگی هر منبع قابل انتقال به دیگری     می باشد. این ترکیبات ممکن است از طریق هوا یا تصفیه پساب های صنعتی، نشت نفت، زباله های شهرداری، انهدام نامناسب بقایای روغن های موتور وارد آب های سطحی شوند. برای آب ها حد مجاز این ترکیبات کم تر از چند قسمت در تریلیون (ppb) می باشد در صورتی  که این مقدار در مورد آب های بسیار آلوده به حد قسمت در میلیون (ppm) نیز می رسد. وجود این ترکیبات در سیستم های آبی وابسته به پارامترهای متعددی می باشد. همچنین انتقال PAH ها در محیط وابسته به عواملی از قبیل حلالیت در آب و میزان تبخیر و ورودشان به هوا است. این ترکیبات می توانند قبل از این که توسط باران یا جذب روی ذرات جامد به سطح زمین یا آب ها برسند، مسافت های طولانی را بپیمایند. بعضی از  PAHها از سطح  آب ها تبخیر شده و وارد هوا می شوند اما بسیاری از آن ها به ذرات جامد متصل شده و در رودخانه ها به صورت رسوبات رودخانه ای تجمع می کنند، بطوریکه رسوبات رودخانه ای منبع اصلی وجود این ترکیبات در منابع آبی محسوب می شوند. بعلت خاصیت تجمع پذیری، PAH های موجود در گیاهان و حیواناتی که در خشکی یا آب زندگی می کنند به مراتب بیش تر از PAH های موجود در آب یا خاک می باشد .

PAH های موجود در خاک در عمق های مختلفی یافت می شوند. ترکیبات آروماتیک چند حلقه ای با وزن مولکولی کم که ناشی از منابع طبیعی هستند عمدتاً در سطوح زیرین خاک یافت می شوند. در حالی که PAH های با وزن مولکولی بالا که اغلب از منابع انسانی ناشی می شوند در سطح خاک دیده می شوند. آلودگی در سطح خاک ها به دلیل نزولات آئروسل های هوا نیز ایجاد می گردد. نشت این ترکیبات از مخازن ذخیره سازی در مکان های دفن زباله های صنعتی نیز باعث آلودگی اعماق مختلف خاک می شود.

 نحوه تماس با ترکیبات آروماتیک چند حلقه ای

 

ادامه نوشته