تفاوت بین تقطیر و تقطیر مولکولی چیست؟

تقطیر وتقطیر مولکولیبدیهی است که در اصل، تجهیزات و کاربرد متفاوت هستند.

اصل: تقطیر یک فناوری سنتی جداسازی مایعات است که بر اساس اختلاف نقطه جوش مواد مختلف است. به طور خاص، تقطیر روشی است برای جداسازی اجزای مختلف با گرم کردن مخلوط مایع و تبخیر آن و سپس متراکم کردن بخار به مایع. تقطیر از اختلاف نقطه جوش برای جداسازی مواد استفاده می کند، بنابراین اثر تقطیر برای مخلوط هایی با نقطه جوش زیاد بهتر است.

فناوری تقطیر مولکولی یک فناوری پیشرفته‌تر جداسازی مایعات است که بر اساس تفاوت میانگین مسیر آزاد حرکت مولکولی مواد مختلف است.تقطیر مولکولی می توان با فشار بسیار کم کار کرد، بنابراین اکسیده شدن و آسیب دیدن مواد آسان نیست. علاوه بر این، غشای تقطیر تقطیر مولکولی بسیار نازک است که بازده انتقال حرارت بالایی دارد و می تواند جداسازی مواد را در زمان کوتاهی کامل کند. از آنجایی که تقطیر مولکولی بر اساس تفاوت مسیرهای آزاد حرکت مولکولی است، می تواند برای مخلوط هایی با نقطه جوش کوچک نیز به جداسازی موثری دست یابد.

اجزای تجهیزات: تجهیزات تقطیر ساختار نسبتاً ساده ای دارد و عمدتاً از یک محفظه گرمایش و یک اتاقک تبخیر تشکیل شده است. ساختار تجهیزات سیستم تقطیر مولکولی پیچیده است که از صفحه گرمایش، اواپراتور، کندانسور، پمپ خلاء و غیره تشکیل شده است.

کاربرد: تقطیر عمدتاً برای جداسازی مخلوط هایی با نقطه جوش زیاد مانند تفکیک نفت استفاده می شود. دستگاه تقطیر مولکولی مخصوصاً برای جداسازی مواد با نقطه جوش بالا، حساسیت حرارتی و اکسیداسیون آسان مانند برخی از ترکیبات پلیمری، اسیدهای آمینه و آنتی بیوتیک ها مناسب است.

نقطه جوش واکنش دهنده های رایج

• آب (H2O)، نقطه جوش 100 درجه: آب یک واکنش دهنده ضروری در بسیاری از واکنش های شیمیایی است. به عنوان مثال، واکنش خنثی سازی اسید-باز، واکنش ردوکس و واکنش هیدرولیز، همگی برای شرکت به آب نیاز دارند.
• اتانول (C2H5OH، نقطه جوش 78.5 درجه): اتانول یک حلال آلی است که به طور گسترده در صنایع دارویی، آرایشی و بهداشتی و غذایی استفاده می شود. همچنین واکنش دهنده برخی از واکنش های مهم مانند استریفیکاسیون، اتریفیکاسیون و کاتالیز اسیدی است.
• آمونیاک (NH3)، نقطه جوش-33.3 C: آمونیاک گازی بی رنگ با بوی قوی است که کاربردهای مهمی در تولید کودها، مبردها و مواد شوینده دارد. همچنین یک ماده خام مهم برای سنتز ترکیبات دیگر مانند نیتراسیون و تهیه نمک های آمونیوم است.
• اکسیژن (O2)، نقطه جوش-183 C: اکسیژن یک گاز مولکولی بسیار فعال است که نقش مهمی در سنتز آلی و فرآیندهای بیولوژیکی دارد. برای مثال، هر دو واکنش اکسیداسیون و کاهش نیاز به مشارکت اکسیژن دارند.
• سدیم آزید (NaN3)، نقطه جوش حدود 250 درجه: آزید سدیم یک ترکیب معدنی مهم است که می توان از آن برای تهیه ترکیبات دیگر مانند ترکیبات آزیدی و آمینو استفاده کرد. همچنین اصلی ترین ماده منفجره شیمیایی در کیسه هوای غیرفعال هوا است.
• دی اکسید کربن (CO2)، نقطه جوش-78.5 C: CO2 گازی است که به طور گسترده در طبیعت وجود دارد و نقش مهمی در فرآیندهای بیولوژیکی و محیط دارد. به عنوان مثال، در تنفس، فتوسنتز و واکنش اسید-باز شرکت می کند.

میانگین مسیر آزاد حرکت مولکولی ماده به میانگین فاصله ای که مولکول ها می توانند آزادانه بین برخوردهای گاز یا مایع طی کنند، اشاره دارد. این یک پارامتر مهم برای توصیف تعامل و انتقال انرژی بین مولکول ها است.

عوامل موثر بر میانگین مسیر آزاد حرکت مولکولی ماده

1. قطر مولکولی: هر چه قطر مولکولی بزرگتر باشد، احتمال برخورد بیشتر و مسیر آزاد کوچکتر است. برعکس، قطر مولکولی کوچک و مسیر آزاد نسبتاً بزرگ است.

2. غلظت مولکولی: با افزایش غلظت مولکولی، فرکانس برخورد بین مولکول ها افزایش می یابد و مسیر آزاد نسبتاً کوچک است.

3. دما: با افزایش دما، میانگین انرژی جنبشی مولکول ها افزایش می یابد، سرعت حرکت مولکولی افزایش می یابد، فرکانس برخورد مولکول ها افزایش می یابد و مسیر آزاد نسبتاً کوچک است.

4. خواص محیط: برهمکنش بین مولکول ها در محیط بر میانگین مسیر آزاد حرکت مولکولی تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، در مایعی با برهمکنش قوی، جاذبه بین مولکولی زیاد و مسیر آزاد کوچک است.

در روندتقطیر مولکولی، میانگین مسیر آزاد حرکت مولکولی یک ماده بر اثر جداسازی آن از مخلوط تأثیر می گذارد. به طور کلی، جداسازی مواد با میانگین مسیر آزاد حرکت مولکولی کمتر است، زیرا برهمکنش بین مولکولی آنها ضعیف است و متوسط ​​مسیر آزاد حرکت مولکولی بزرگ است، بنابراین راحت‌تر از سطح مایع فرار کرده و وارد سطح مایع می‌شوند. فاز بخار و در عین حال تراکم مجدد آنها در کندانسور آسان تر است. بنابراین، در تقطیر مولکولی، به طور کلی، جداسازی مواد با وزن مولکولی کم و نقطه جوش پایین آسان تر است.

مولکول های مناسب برای جداسازی کارآمد به روش تقطیر مولکولی

• الکل (اتانول): وزن مولکولی الکل کم است، برهمکنش بین مولکولی ضعیف است و به راحتی از مخلوط تبخیر می شود. بنابراین، در فرآیند دم کردن و تولید الکل، الکل را می توان با تقطیر مولکولی از آبگوشت تخمیر یا مخلوط جدا کرد.
• آب و حلال های آلی: آب و بسیاری از حلال های آلی (مانند اتر، تولوئن و غیره) اغلب نیاز به جداسازی دارند. از آنجایی که برهمکنش بین مولکولی آب زیاد است، میانگین مسیر آزاد حرکت مولکولی کوچک است، در حالی که برهمکنش بین مولکولی حلال های آلی ضعیف است و متوسط ​​مسیر آزاد حرکت مولکولی بزرگ است. بنابراین، در فرآیند تقطیر مولکولی، حلال های آلی به احتمال زیاد به قسمت بالایی کندانسور تبخیر شده و در نتیجه جدا می شوند.
• هیدروکربن‌ها در نفت: نفت مخلوط پیچیده‌ای است که حاوی ترکیبات هیدروکربنی زیادی با طول‌های زنجیره کربنی مختلف مانند متان، اتان و پروپان است. از آنجایی که وزن مولکولی و نیروی برهمکنش بین مولکولی هیدروکربن های مختلف کاملاً متفاوت است، می توان آنها را با تقطیر مولکولی جدا کرد.
• ترکیبات طعم دهنده در اسانس: اسانس مخلوط پیچیده ای است که از گیاهان استخراج می شود و حاوی ترکیبات معطر زیادی مانند منتول و روغن اکالیپتوس است. این اجزای عطری معمولاً دارای وزن مولکولی کوچک و برهمکنش بین مولکولی ضعیفی هستند که برای جداسازی و خالص سازی با تقطیر مولکولی مناسب هستند.

فناوری تقطیر مولکولی به طور گسترده برای استخراج محصولات طبیعی از حیوانات مانند روغن ماهی تصفیه شده استفاده می شود. روغن ماهی نوعی روغن است که از ماهی های چرب استخراج می شود. روغن ماهی سرشار از اسیدهای چرب غیراشباع سیس ایکوزاپنتانوئیک اسید (EPA) و دوکوزاهگزانوئیک اسید (DHA) است. دارای اثرات مهار تجمع پلاکتی، کاهش ویسکوزیته خون، مقاومت در برابر التهاب، سرطان و افزایش ایمنی است. به عنوان یک داروی طبیعی بالقوه و غذای کاربردی در نظر گرفته می شود. روش‌های جداسازی سنتی شامل بارش و انجماد اوره است و میزان بازیابی پایین است.

استفاده از روش رسوب دهی اوره می تواند به طور موثر اسیدهای چرب اشباع شده و غیراشباع کم را از محصول حذف کند و محتوای DHA و EPA را در محصول افزایش دهد، اما جدا کردن سایر اسیدهای چرب بسیار غیراشباع از DHA و EPA دشوار است. قابلیت ساخت w(DHA+EPA)<80%. In addition, the product has heavy color, strong fishy smell and high peroxide value. The product needs further decoloration and deodorization, and the recovery rate is only 16%. Because the average free path of impurity fatty acids in the material is similar to EPA and DHA ethyl ester, تقطیر مولکولیفقط می تواند w(EPA+DHA)=72.5% داشته باشد، اما نرخ بازیابی می تواند به بیش از 70% برسد. این محصول دارای رنگ خوب، بوی خالص و ارزش پراکسید پایین است و مخلوط را می توان به محصولاتی با محتوای مختلف DHA و EPA تقسیم کرد. بنابراین، تکنولوژی تقطیر مولکولی روشی موثر برای جداسازی و خالص‌سازی EPA و DHA است.