طريقة مكابي-ثيلي

تُعدّ طريقة مكابي -ثيلي تقنية شائعة الاستخدام في مجال الهندسة الكيميائية لنمذجة فصل مادتين بواسطة عمود التقطير . ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} وتعتمد هذه الطريقة على حقيقة أن التركيب في كل صينية نظرية يتحدد كليًا بالكسر المولي لأحد المكونين. وتستند هذه الطريقة إلى افتراضات أن عمود التقطير متساوي الضغط (أي أن الضغط يبقى ثابتًا)، وأن معدلات تدفق السائل والبخار لا تتغير في جميع أنحاء العمود (أي التدفق المولي الثابت). ويتطلب افتراض التدفق المولي الثابت ما يلي:

• تتساوى كمية الحرارة اللازمة لتبخير كمية معينة من السائل في مكونات التغذية.
• لكل مول من السائل المتبخر، يتكثف مول من البخار، و
• التأثيرات الحرارية مثل الحرارة اللازمة لإذابة المادة (المواد) ضئيلة.

تم نشر الطريقة لأول مرة بواسطة وارن إل مكابي وإرنست ثيل في عام 1925، ^{[ 4 ]} وكلاهما كانا يعملان في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) في ذلك الوقت.

يتم إنشاء مخطط مكابي-ثيلي لتقطير مادة تغذية ثنائية (مكونين) باستخدام بيانات توازن البخار والسائل (VLE) - وهي كيفية تركيز البخار عند ملامسته لشكله السائل - للمكون ذي نقطة الغليان المنخفضة.

على الرسم البياني المستوي، يُمثل كلا المحورين الكسور المولية للمكون الأخف (الأقل غليانًا)؛ ويمثل المحور الأفقي (س) تركيب الطور السائل، بينما يمثل المحور الرأسي (ص) تركيب الطور البخاري. يُمثل الخط س = ص (انظر الشكل 1) الحالات التي يتساوى فيها تركيب الطورين السائل والبخاري. أما خط توازن البخار والسائل (الخط المنحني من (0,0) إلى (1,1) في الشكل 1) فيُمثل تركيب الطور البخاري عند تركيب معين للطور السائل في حالة التوازن. وتشير الخطوط الرأسية المرسومة من المحور الأفقي إلى الخط س = ص إلى تركيب تيار التغذية الداخل، وتركيب تيار المنتج العلوي (المقطر)، وتركيب المنتج السفلي (الموضح باللون الأحمر في الشكل 1).

يبدأ خط تشغيل قسم التقطير للقسم الموجود أعلى تيار التغذية الداخل لعمود التقطير (الموضح باللون الأخضر في الشكل 1) عند تقاطع خط تركيب المقطر وخط x = y ويستمر بانحدار تنازلي L / (D + L)، حيث L هو معدل التدفق المولي للارتداد و D هو معدل التدفق المولي لمنتج التقطير، حتى يتقاطع مع خط q.

يبدأ خط تشغيل قسم التجريد للقسم الموجود أسفل مدخل التغذية (الموضح باللون الأرجواني في الشكل 1) عند تقاطع خط تركيب القاع الأحمر وخط x = y ويستمر حتى النقطة التي يتقاطع فيها خط q الأزرق مع خط تشغيل قسم المعايرة الأخضر.

يتقاطع خط q (الموضح باللون الأزرق في الشكل 1) مع نقطة تقاطع خط تركيب المادة المغذية مع الخط x = y، وله ميل q / (q - 1)، حيث يمثل المعامل q الكسر المولي للسائل في المادة المغذية. على سبيل المثال، إذا كانت المادة المغذية سائلاً مشبعاً ، فإن q = 1 ويكون ميل خط q لانهائياً (مرسوماً كخط رأسي). كمثال آخر، إذا كانت المادة المغذية بخاراً مشبعاً ، فإن q = 0 ويكون ميل خط q صفراً (خط أفقي). ^{[ 2 ]} يستخدم مخطط مكابي-ثيلي النموذجي في الشكل 1 خط q لتمثيل مادة مغذية متبخرة جزئياً. تُعرض أمثلة على ميول خط q في الشكل 2.

يمثل عدد الخطوات بين خطوط التشغيل وخط التوازن عدد الأطباق النظرية (أو مراحل التوازن) اللازمة للتقطير. بالنسبة للتقطير الثنائي الموضح في الشكل 1، يبلغ عدد الأطباق النظرية المطلوبة 6.

إن إنشاء مخطط مكابي-ثيلي ليس بالأمر البسيط دائمًا. في التقطير المستمر مع نسبة ارتداد متغيرة، ينخفض ​​الكسر المولي للمكون الأخف في الجزء العلوي من عمود التقطير مع انخفاض نسبة الارتداد. كل نسبة ارتداد جديدة تُغير ميل منحنى قسم التقطير.

عندما لا يكون افتراض التدفق المولي الثابت صحيحًا، لن تكون خطوط التشغيل مستقيمة. باستخدام موازنات الكتلة والمحتوى الحراري بالإضافة إلى بيانات توازن البخار والسائل وبيانات المحتوى الحراري والتركيز، يمكن إنشاء خطوط التشغيل باستخدام طريقة بونشون-سافاريت. ^{[ 5 ]}

إذا كان بإمكان الخليط أن يشكل مزيجًا ثابتًا ، فإن خط توازن البخار والسائل سيعبر خط x = y، مما يمنع المزيد من الفصل بغض النظر عن عدد الصفائح النظرية.

• التقطير التجزيئي
• التقطير الأيزوتروبي
• التقطير الدفعي

• معلومات أكثر تفصيلاً حول كيفية رسم مخطط مكابي-ثيلي
• مناقشة مفصلة لطريقة مكابي-ثيلي بقلم توري هوغ-واربرغ، الجامعة النرويجية للعلوم والتكنولوجيا، النرويج
• مخطط مكابي-ثيلي التفاعلي