التقطير بالبخار

التقطير بالبخار هو عملية فصل تتضمن تقطير الماء مع مكونات أخرى متطايرة وغير متطايرة. يحمل البخار الناتج عن الماء المغلي بخار المواد المتطايرة إلى مكثف ؛ حيث يتم تبريد كليهما ويعودان إلى الحالة السائلة أو الصلبة، بينما تبقى الرواسب غير المتطايرة في وعاء الغليان.

إذا لم تكن المواد المتطايرة قابلة للامتزاج بالماء، كما هو الحال عادةً، فإنها ستشكل تلقائيًا طورًا مميزًا بعد التكثيف، مما يسمح بفصلها عن طريق الترويق أو باستخدام قمع الفصل . ^{[ 1 ]}

يمكن استخدام التقطير بالبخار عندما تكون درجة غليان المادة المراد استخلاصها أعلى من درجة غليان الماء، ولا يمكن تسخين المادة الأولية إلى تلك الدرجة بسبب التحلل أو تفاعلات غير مرغوب فيها. وقد يكون مفيدًا أيضًا عندما تكون كمية المادة المطلوبة صغيرة مقارنةً بكمية المخلفات غير المتطايرة. ويُستخدم غالبًا لفصل الزيوت العطرية المتطايرة من المواد النباتية، ^{[ 2 ]} على سبيل المثال، لاستخلاص الليمونين (درجة غليانه 176  درجة مئوية) من قشور البرتقال .

كان التقطير بالبخار في الماضي طريقةً شائعةً في المختبرات لتنقية المركبات العضوية، لكنه استُبدل في العديد من هذه الاستخدامات بالتقطير الفراغي واستخلاص السوائل فوق الحرجة . ومع ذلك، فهو أبسط وأكثر اقتصاديةً من تلك البدائل، ولا يزال ذا أهمية في بعض القطاعات الصناعية. ^{[ 3 ]}

في أبسط صورها، وهي التقطير المائي أو التقطير الهيدروجيني ، يُخلط الماء مع المادة الأولية في وعاء الغليان. أما في التقطير البخاري المباشر ، فتُعلق المادة الأولية فوق الماء في دورق الغليان، مدعومةً بشبكة معدنية أو شاشة مثقبة. وفي التقطير البخاري الجاف ، يُجبر البخار الخارج من المرجل على التدفق عبر المادة الأولية في وعاء منفصل. يسمح هذا النوع الأخير بتسخين البخار إلى ما فوق درجة غليان الماء (ليصبح بخارًا محمصًا )، مما يُحسّن كفاءة الاستخلاص. ^{[ 4 ]}

يُستخدم التقطير بالبخار في العديد من الوصفات الواردة في كتاب "الرقة في العطور"، المعروف أيضًا باسم "كتاب كيمياء العطور والتقطير"، المنسوب إلى الفيلسوف العربي الكندي ( حوالي 801-873م ) . [ ^{5 ] كما} استخدم الفيلسوف والطبيب الفارسي ابن سينا ​​(980-1037م) التقطير بالبخار لإنتاج الزيوت العطرية عن طريق إضافة الماء إلى بتلات الورد وتقطير المزيج. ^{[ 6 ]} واستخدم الدمشقي (1256-1327م) هذه العملية أيضًا لإنتاج ماء الورد على نطاق واسع. ^{[ 7 ]}

لكل مادة ضغط بخاري حتى عند درجات حرارة أقل من درجة غليانها، لذا نظريًا يمكن تقطيرها عند أي درجة حرارة عن طريق جمع وتكثيف أبخرتها. مع ذلك، فإن التقطير العادي عند درجات حرارة أقل من درجة الغليان غير عملي، إذ تتشكل طبقة من الهواء الغني بالبخار فوق السائل، ويتوقف التبخر بمجرد أن يصل الضغط الجزئي للبخار في تلك الطبقة إلى ضغط البخار. عندها، يتدفق البخار إلى المكثف فقط عن طريق الانتشار، وهي عملية بطيئة للغاية.

يتم التقطير البسيط بشكل عام عن طريق غلي المادة الأولية، لأنه بمجرد أن يتجاوز ضغط بخارها الضغط الجوي، فإن طبقة الهواء الغنية بالبخار ستتحطم، وسيكون هناك تدفق كبير وثابت للبخار من قارورة الغليان إلى المكثف.

في عملية التقطير بالبخار، يتم توفير التدفق الإيجابي بواسطة البخار الناتج عن غليان الماء، وليس عن طريق غليان المواد المراد قياسها. ويحمل البخار معه أبخرة هذه المواد.

لا يشترط أن تكون المادة المراد دراستها قابلة للامتزاج بالماء أو قابلة للذوبان فيه. يكفي أن يكون لها ضغط بخاري كبير عند درجة حرارة البخار.

إذا شكّل الماء مزيجًا أزيوتروبيًا مع المواد المراد قياسها، فقد تكون درجة غليان المزيج أقل من درجة غليان الماء. على سبيل المثال، يغلي بروموبنزين عند 156 درجة مئوية (عند الضغط الجوي العادي)، بينما يغلي مزيجه مع الماء عند 95  درجة مئوية. ^{[ 8 ]} مع ذلك، فإن تكوّن المزيج الأزيوتروبي ليس شرطًا أساسيًا لنجاح عملية التقطير بالبخار.

يُستخدم التقطير بالبخار غالبًا في عزل الزيوت العطرية ، لاستخدامها في صناعة العطور ، على سبيل المثال. في هذه الطريقة، يُمرر البخار عبر المادة النباتية التي تحتوي على الزيوت المطلوبة. ويُستخلص زيت الأوكالبتوس وزيت الكافور وزيت البرتقال بهذه الطريقة على نطاق صناعي. ^{[ 2 ]} يُعد التقطير بالبخار وسيلة لتنقية الأحماض الدهنية، على سبيل المثال من زيوت الصنوبر . ^{[ 9 ]}

يُستخدم التقطير بالبخار أحيانًا في المختبرات الكيميائية . ومن الأمثلة على ذلك تحضير برومو ثنائي الفينيل الكلاسيكي، حيث يُستخدم التقطير بالبخار أولًا لإزالة البنزين الزائد، ثم لتنقية الناتج المبروم. ^{[ 10 ]} وفي إحدى طرق تحضير البنزوفينون ، يُستخدم البخار أولًا لاستعادة رابع كلوريد الكربون غير المتفاعل ، ثم لتحليل ثنائي كلوريد البنزوفينون الوسيط إلى بنزوفينون، الذي لا يُقطر بالبخار في الواقع. ^{[ 11 ]} وفي إحدى طرق تحضير البيورين ، يُستخدم التقطير بالبخار لإزالة بنزالدهيد المتطاير من الناتج غير المتطاير. ^{[ 12 ]}

على نطاق المختبر، تُجرى عمليات التقطير بالبخار باستخدام بخار مُولّد خارج النظام ويُمرر عبر الأنابيب عبر الخليط المراد تنقيته. ^{[ 14 ] [ 1 ]} كما يمكن توليد البخار في الموقع باستخدام جهاز من نوع كليفنجر. ^{[ 15 ]}

يقوم جهاز ليكنز -نيكرسون بتقطير البخار والاستخلاص في آن واحد. ويُستخدم عادةً لعزل المركبات العضوية المستهدفة لإجراء المزيد من التحليلات. ^{[ 16 ]}

• التقطير الأيزوتروبي
• التقطير الدفعي
• التقطير
• التقطير الاستخلاصي
• التقطير التجزيئي
• مزيج غير متجانس
• المستخلصات العشبية
• التقطير المائي
• معدات المختبر
• محرك بخاري
• ستيم آب
• استخلاص السوائل فوق الحرجة
• لوحة نظرية