شرح التقطير بالتجزئة: كيف يكرر العمود فصل المزيج؟

الخلاصة السريعة

يكرر العمود الفصل عبر تماس السائل والبخار، وتبقى النتيجة مرتبطة بسلوك المزيج.

• البخار أغنى بالمكون الأكثر تطايرًا؛ هذا لا يعني أنه مادة نقية منذ أول تبخر. ^[1]
• الحشوات أو الأطباق تزيد التماس، ويعود جزء من السائل المتكاثف ليساعد انتقال المكونات. ^[1]
• في نموذج ثنائي مثالي افتراضي، α = 2 ثابت والتكاثف كلي بين المراحل؛ يزيد الكسر المولي من 30% إلى 46.2% ثم 63.2% ثم 77.4%.
• عند الأزيوتروب يتساوى تركيب البخار والسائل، فلا تعطي زيادة المراحل الفصل المعتاد عند الظروف نفسها. ^[3]

ما الذي يضيفه عمود التجزئة؟

يوفر العمود تماسًا متكررًا بين بخار صاعد وسائل راجع، بمساعدة أطباق أو حشوات. انتقال المكونات بين الطورين أساس الإثراء، وليس سقوط الجزيئات بحسب وزنها وحده. ^[1]

تمثل المرحلة النظرية حالة اتزان، وتوصف العملية بسلسلة من الاتزانات. لذلك تختلف فكرة العمود عن تبخر وتكاثف واحدين في شرح التقطير البسيط. ^[2]

نميز في الرسم سهم حركة الطور من سهم انتقال المكونات. ارتفاع سهم البخار لا يعني أن كل ما يحمله قد انفصل نهائيًا عن باقي المزيج.

مثال إثراء بثلاث مراحل افتراضية

لمزيج ثنائي مثالي، تربط نسبة تركيب البخار بنسب الضغط والتركيب في السائل. ^[2] نختار معاملًا ثابتًا α = 2؛ ينتج جبريًا y/(1−y) = 2x/(1−x)، أي y = 2x/(1+x).

نبدأ بكسر مولي x₀ = 0.30. في هذا المثال نفترض تكاثف البخار بالكامل قبل إدخاله في مرحلة الاتزان التالية، وثبات المعامل المختار في المراحل الثلاث.

المرحلة الأولى y₁ = 6/13 ≈ 0.4615؛ ثم y₂ = 12/19 ≈ 0.6316؛ ثم y₃ = 24/31 ≈ 0.7742. النسب المئوية بعد التقريب 46.2% و 63.2% و 77.4%.

هذا حساب توضيحي متكرر، لا بيانات خليط مسمى أو تقدير كفاءة عمود حقيقي. لكل خطوة مدخل جديد في المثال؛ لا نكرر حساب البداية ثلاث مرات ثم نسميه ثلاث مراحل.

لماذا توجد حدود للفصل؟

في التركيب الأزيوتروبي يتساوى تركيب البخار والسائل؛ لا تؤدي إعادة التبخر إلى الإثراء المعتاد عند الضغط نفسه. ^[3]

إذا بدأنا في نموذج تركيبي من x = y = 0.60، فالتكاثف الكلي يعطي سائلًا كسره 0.60 مرة أخرى. هذا عدد مختار لتوضيح المساواة، وليس تركيب أزيوتروب حقيقي.

زيادة عدد الخطوات في هذه المساواة لا تغير 0.60. لذلك افحص علاقة تركيب الطورين قبل أن تفترض أن عددًا أكبر من المراحل يضمن النقاء.

للمقارنة مع موضوع مرتبط، اقرأ دليل قانون راؤولت.