التقطير الأيزوتروبي

في الكيمياء ، يُعد التقطير الأيزوتروبي ^{[ 1 ]} أحد التقنيات المستخدمة لفصل الأيزوتروب في عملية التقطير . أما في الهندسة الكيميائية ، فيُقصد بالتقطير الأيزوتروبي عادةً إضافة مكون آخر لتكوين أيزوتروب جديد ذي درجة غليان منخفضة وغير متجانس (مثل إنتاج طورين سائلين غير قابلين للامتزاج)، كما في المثال أدناه بإضافة البنزين إلى الماء والإيثانول.

تُعدّ هذه الممارسة المتمثلة في إضافة مُذيب يُشكّل طورًا منفصلاً، مجموعة فرعية محددة من طرق التقطير الأيزوتروبي (الصناعية) ، أو مزيج منها. ومن بعض النواحي، تُشبه إضافة المُذيب عملية التقطير الاستخلاصي .

تؤدي إضافة عامل فصل المواد، مثل البنزين، إلى خليط الإيثانول والماء، إلى تغيير التفاعلات الجزيئية وإزالة المزيج الأيزوتروبي. عند إضافته في الطور السائل، يمكن للمكون الجديد أن يُغير معامل نشاط المركبات المختلفة بطرق متنوعة، مما يُغير بالتالي التطاير النسبي للخليط. كلما زاد انحراف الخليط عن قانون راؤول، كلما سهُل تحقيق تغييرات ملحوظة في التطاير النسبي بإضافة مكون آخر. في التقطير الأيزوتروبي، يكون تطاير المكون المُضاف مماثلاً لتطاير الخليط، ويتشكل مزيج أيزوتروبي جديد مع واحد أو أكثر من المكونات بناءً على اختلافات القطبية. ^{[ 2 ]} إذا تم اختيار عامل فصل المواد لتكوين مزيج أيزوتروبي مع أكثر من مكون واحد في المادة المغذية، يُطلق عليه اسم "المُستخلص". يجب استخلاص المُستخلص المُضاف عن طريق التقطير أو الترويق أو أي طريقة فصل أخرى، وإعادته بالقرب من أعلى العمود الأصلي. ^{[ 3 ]}

من الأمثلة التاريخية الشائعة للتقطير الأيزوتروبي استخدامه في تجفيف مخاليط الإيثانول والماء . ولتحقيق ذلك، يُرسل مزيج شبه أيزوتروبي إلى العمود الأخير حيث تتم عملية التقطير الأيزوتروبي. يمكن استخدام عدة مواد مساعدة في هذه العملية، منها: البنزين ، والبنتان ، والهكسان الحلقي ، والهكسان ، والهبتان ، والأيزو أوكتان ، والأسيتون ، وثنائي إيثيل الإيثر . ^{[ 2 ]} وقد استُخدم البنزين والهكسان الحلقي على نطاق واسع، ولكن بعد تصنيف البنزين كمادة مسرطنة، يُستخدم التولوين بدلاً منه.

تعتمد طريقة أخرى، هي التقطير بتغيير الضغط ، على حقيقة أن المزيج الأيزوتروبي يعتمد على الضغط. فالمزيج الأيزوتروبي ليس نطاقًا من التركيزات التي لا يمكن تقطيرها، بل هو النقطة التي تتقاطع عندها معاملات نشاط المقطرات. إذا أمكن تجاوز هذا المزيج الأيزوتروبي، يمكن مواصلة التقطير، ولكن نظرًا لتقاطع معاملات النشاط، سيتغير المكون الذي يغلي. على سبيل المثال، في تقطير الإيثانول والماء، سيتبخر الماء من الإيثانول المتبقي، بدلًا من تبخر الإيثانول من الماء كما هو الحال عند التركيزات المنخفضة.

بشكل عام، يُعدّ التقطير بتغيير الضغط طريقة فعّالة للغاية وغير معقدة مقارنةً بالتقطير متعدد المكونات أو عمليات الأغشية، إلا أن استهلاك الطاقة فيها أعلى عمومًا. كما أن تكلفة الاستثمار في أعمدة التقطير أعلى أيضًا، نظرًا للضغط داخل الأوعية.

بالنسبة للمخاليط الأيزوتروبية ذات درجة الغليان المنخفضة، قد لا يسمح التقطير بفصل المكونات بشكل كامل، ولذا يجب استخدام طرق فصل لا تعتمد على التقطير. ومن الطرق الشائعة استخدام المناخل الجزيئية ، التي يمكن تجديدها لاحقًا عن طريق التجفيف باستخدام فرن تفريغ .

يمكن تجفيف الإيثانول إلى نسبة كحول 99.999% عن طريق تسخين المناخل الجزيئية من النوع 3A مثل الزيوليت 3A . ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]}

في الكيمياء العضوية، تخضع بعض تفاعلات نزع الماء لتوازنات غير مواتية ولكنها سريعة. ومن الأمثلة على ذلك تكوين الديوكسولانات من الألدهيدات: ^{[ 10 ]}

RCHO + (CH ₂ OH) ₂${\displaystyle \rightleftharpoons }$RCH(OCH ₂ ) ₂ + H ₂ O

تحدث مثل هذه التفاعلات غير المواتية عند إزالة الماء عن طريق التقطير الأيزوتروبي.

• جداول الأيزوتروب
• منحنى البقايا
• لوحة نظرية
• التقطير بالتفريغ