التقطير الجاف
|
التقطير الجاف هو تسخين المواد الصلبة لإنتاج منتجات غازية (قد تتكثف إلى سوائل أو مواد صلبة). قد تتضمن هذه الطريقة التحلل الحراري أو التحلل بالحرارة ، أو قد لا تتضمنه (على سبيل المثال، يمكن فصل خليط بسيط من الجليد والزجاج دون كسر أي روابط كيميائية، لكن المادة العضوية تحتوي على تنوع أكبر من الجزيئات، بعضها قابل للكسر).
إذا لم تحدث تغيرات كيميائية، وإنما تغيرات في الحالة فقط، فإن العملية تشبه التقطير التقليدي ، مع أنها تتطلب عمومًا درجات حرارة أعلى. أما التقطير الجاف الذي تحدث فيه تغيرات كيميائية فهو نوع من التقطير الإتلافي أو التكسير .
الاستخدامات
استُخدمت هذه الطريقة لاستخلاص الوقود السائل من الفحم والخشب. كما يمكن استخدامها لتحليل الأملاح المعدنية ، مثل الكبريتات (SO₄²⁻ ) ، عن طريق التحلل الحراري ، مما ينتج عنه غاز ثاني أكسيد الكبريت (SO₂ ) أو ثالث أكسيد الكبريت (SO₃ ) ، والذي يمكن إذابته في الماء لاستخلاص حمض الكبريتيك . وبهذه الطريقة، تم التعرف على حمض الكبريتيك لأول مرة وإنتاجه صناعيًا . عند تسخين مواد ذات أصل نباتي، مثل الفحم أو الصخر الزيتي أو الخث أو الخشب، في غياب الهواء (التقطير الجاف)، فإنها تتحلل إلى غازات ومنتجات سائلة وفحم الكوك / الفحم النباتي . يعتمد مردود وطبيعة نواتج التحلل الكيميائية على طبيعة المادة الخام والظروف التي يتم فيها التقطير الجاف. يُطلق على التحلل ضمن نطاق درجة حرارة يتراوح بين 450 درجة مئوية و600 درجة مئوية تقريبًا اسم التفحيم أو إزالة الغازات عند درجات حرارة منخفضة. عند درجات حرارة أعلى من 900 درجة مئوية، تُسمى هذه العملية بالتفحيم أو إزالة الغازات بدرجة حرارة عالية. [ 2 ] إذا تم تغويز الفحم لإنتاج غاز الفحم أو تفحيمه لإنتاج فحم الكوك، فإن قطران الفحم يُعد من بين المنتجات الثانوية.
خشب
عند تسخين الخشب فوق 270 درجة مئوية، يبدأ بالتفحّم. في غياب الهواء، يكون الناتج النهائي (لعدم وجود أكسجين يتفاعل مع الخشب) هو الفحم. أما في وجود الهواء (الذي يحتوي على الأكسجين)، يشتعل الخشب ويحترق عند بلوغه درجة حرارة تتراوح بين 400 و500 درجة مئوية، ويكون الناتج النهائي هو رماد الخشب. عند تسخين الخشب بعيدًا عن الهواء، يتبخر أولًا. وحتى اكتمال هذه العملية، تبقى درجة حرارة الخشب عند حوالي 100-110 درجة مئوية. عندما يجف الخشب، ترتفع درجة حرارته، وعند حوالي 270 درجة مئوية، يبدأ بالتحلل تلقائيًا. هذا هو التفاعل الطارد للحرارة المعروف الذي يحدث عند احتراق الفحم . في هذه المرحلة، يبدأ انطلاق نواتج تفحّم الخشب. تنطلق هذه المواد تدريجيًا مع ارتفاع درجة الحرارة، وعند حوالي 450 درجة مئوية يكتمل الانطلاق. تتكون البقايا الصلبة، وهي الفحم، بشكل رئيسي من الكربون (حوالي 70 ٪) وكميات صغيرة من المواد القطرانية التي لا يمكن إزالتها أو تحللها تمامًا إلا برفع درجة الحرارة إلى ما يزيد عن 600 درجة مئوية.
في الممارسة الشائعة لحرق الفحم باستخدام التسخين الداخلي للخشب المشحون عن طريق حرق جزء منه، تتسرب جميع الأبخرة والغازات الناتجة إلى الغلاف الجوي على شكل دخان. يمكن استخلاص هذه المنتجات الثانوية بتمرير الغازات المنبعثة عبر سلسلة من الماء لإنتاج ما يُسمى بخل الخشب ( حمض البيرولينوس )، بينما يمر غاز الخشب غير القابل للتكثيف عبر المكثف ويمكن حرقه لتوفير الحرارة. غاز الخشب صالح للاستخدام كوقود فقط، ويتكون عادةً من 17 % ميثان، و2 % هيدروجين، و23 % أول أكسيد الكربون، و38 % ثاني أكسيد الكربون، و2 % أكسجين، و18 % نيتروجين. تبلغ قيمته الحرارية حوالي 10.8 ميجا جول/م³ ( 290 وحدة حرارية بريطانية/قدم مكعب)، أي ما يعادل ثلث قيمة الغاز الطبيعي تقريبًا. [ 3 ] عند تقطير أخشاب الأشجار المتساقطة الأوراق ، تكون المنتجات هي الميثانول (كحول الخشب) والفحم . يؤدي تقطير خشب الصنوبر إلى تساقط قطران الصنوبر والقار منه ، تاركًا وراءه الفحم. أما قطران البتولا المستخرج من لحاء البتولا فهو قطران ناعم للغاية، يُعرف باسم " الزيت الروسي "، وهو مناسب لحماية الجلود . ومن المنتجات الثانوية لقطران الخشب التربنتين والفحم .
أفران القطران هي أفران تقطير جافة، كانت تُستخدم تاريخيًا في الدول الاسكندنافية لإنتاج القطران من الخشب. بُنيت هذه الأفران بالقرب من الغابات، إما من الحجر الجيري أو من حفر بدائية في الأرض. يكون قاعها مائلًا باتجاه فتحة تصريف تسمح بتدفق القطران. يُقطع الخشب إلى قطع بحجم الإصبع، ويُرصّ بكثافة، ثم يُغطى بإحكام بالتراب والطحالب. إذا تسرب الأكسجين، فقد يشتعل الخشب، مما يُفسد عملية الإنتاج. فوق ذلك، تُوضع نار وتُشعل. بعد بضع ساعات، يبدأ القطران بالتدفق ويستمر لعدة أيام.
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ برايس، أوفرتون دبليو؛ كيلوج، آر إس؛ كوكس، دبليو تي (1909). غابات الولايات المتحدة: استخدامها . مكتب الطباعة الحكومي.
- ↑ إيغلسون، ماري (1994). موسوعة الكيمياء الموجزة . والتر دي غرويتر. ص 240 –. ISBN 978-3-11-011451-5.
- ↑ "المجلد 41 من أوراق منظمة الأغذية والزراعة بشأن الغابات" . تقنيات بسيطة لصناعة الفحم، العدد 41 من سلسلة أوراق الغابات . منظمة الأغذية والزراعة، 1983. ISBN 9251013284تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 فبراير 2015 .
- التقطير
- الانحلال الحراري