تقطیر در خلأ (Vacuum Distillation) یا تقطیر در فشار کاهش‌یافته، روشی برای جداسازی و تعیین محدوده نقطه جوش موادی است که در فشار اتمسفری به دمای بسیار بالا نیاز دارند یا ممکن است پیش از تقطیر دچار تجزیه حرارتی شوند. در این روش با کاهش فشار، نقطه جوش کاهش پیدا می‌کند و می‌توان نمونه را در دمای پایین‌تری تقطیر کرد. در آزمایشگاههای نفت و فرآوردههای نفتی، آزمون تقطیر در فشار خلأ مطابق ASTM D1160 برای تعیین مشخصات تقطیر فرآوردههای سنگین نفتی و برخی نمونه‌های بیودیزل انجام می‌شود. اما این تنها کاربرد تقطیر در خلا نیست. از این روش برای جداسازی حلال‌ها از ترکیبات حساس به حرارت و تولید روغنهای پایه و فرآوردههای سنگین نفتی هم استفاده می‌کنند.
طبق تعریفی که در سایت‌ها داریم:
Vacuum distillation separates compounds that are in various liquids using a vacuum process. It is commonly used when compounds are difficult to separate due to having very high boiling points. Due to this situation, it can be costly for companies to run heating systems that can reach these high boiling points
تقطیر در خلأ روشی برای جداسازی ترکیبات موجود در مایعات مختلف با استفاده از خلأ است. این روش معمولا زمانی به کار می‌رود که جداسازی ترکیبات به دلیل داشتن نقطه جوش بسیار بالا دشوار باشد. در چنین شرایطی، استفاده از سیستم‌های گرمایشی که توانایی رسیدن به این دماهای بالا را دارند، میتواند هزینه زیادی برای شرکت‌ها ایجاد کند.
| مشخصه | تقطیر در خلأ |
|---|---|
| نام انگلیسی | Vacuum Distillation |
| استاندارد مهم آزمایشگاهی | ASTM D1160 |
| هدف | تعیین محدوده جوش در فشار کاهش‌یافته |
| مناسب برای | فرآوردههای نفتی سنگین و مواد حساس به دمای بالا |
| مزیت اصلی | کاهش نقطه جوش و جلوگیری از تجزیه حرارتی |
| نوع آزمون ASTM D1160 | دستی و اتوماتیک |
| حداکثر دمای مایع در محدوده استاندارد | 400°C |
| تجهیزات اصلی | فلاسک تقطیر، سیستم کنترل دما، کندانسور، گیرنده، سیستم اندازه‌گیری و کنترل خلأ |
این دستگاه‌ها چگونه فرآیند تقطیر را انجام می‌دهند و چه فاکتورهایی تعیین کننده نتایج یکسان، دقیق و قابل تکرار آن‌ها هستند؟ اگر تجربه کار در آزمایشگاه را داشته باشید، می‌دانید که پاسخ صرفا مربوط به فشار نیست و کیفیت تجهیزات، پایداری خلأ، کنترل دما و حتی آب بندی صحیح اتصالات در کیفیت نهایی فرآیند تأثیرگذار هستند. در ادامه، علاوه بر بررسی اصول علمی این فرآیند، تجربه‌های عملی، خطاهای رایج و تفاوتهای کاربردی آن در آزمایشگاه و پالایشگاه را نیز مرور خواهیم کرد.
اگر به دنبال خرید دستگاه تقطیر در خلا آزمایشگاهی با دقت بالا، طراحی اختصاصی و پشتیبانی فنی تخصصی هستید، میتوانید مشخصات کامل محصولات نیک ابزار آزما را مشاهده کنید.
تقطیر در خلا چگونه کار می‌کند؟
برای درک بهتر عملکرد این فرآیند، ابتدا باید بدانیم چرا کاهش فشار باعث کاهش دمای جوش می‌شود. هر مایع زمانی به جوش می آید که فشار بخار آن با فشار محیط برابر شود. یعنی فشار بخاری که از سطح مایع ایجاد می‌شود، به اندازه فشار واردشده از محیط برسد. وقتی فشار محیط کاهش پیدا می‌کند، این برابری در دمای پایین تری اتفاق می افتد. بدین ترتیب، مایع بدون نیاز به گرمای زیاد تبخیر می‌شود.
این اصل بر پایه رابطه میان فشار و دمای جوش است که در ترمودینامیک با قانون کلازیوس–کلاپیرون توصیف می‌شود. درست است که این قانون محاسبات پیچیده‌ای دارد، ولی هسته اصلی آن مشخص است: هرچه فشار محیط کمتر باشد، نقطه جوش مایع نیز پایین‌تر خواهد بود.
به همین دلیل است که Vacuum Distillation در صنایع مختلف برای کاربردهای مهمی مثل جداسازی برشهای سنگین نفتی، خالص سازی ترکیبات حساس به حرارت و بازیابی حلال‌ها استفاده می‌شود.
نقش پمپ وکیوم در ایجاد خلأ چیست؟
مهمترین بخش هر سیستم تقطیر، پمپ وکیوم است. این تجهیز با خارج کردن هوا و گازهای موجود در سیستم، فشار را تا مقدار مورد نیاز کاهش می‌دهد و آن را در طول فرآیند ثابت نگه می‌دارد. در صورتی که خلأ به شکل ناپایدار ایجاد شود، دمای جوش ماده دائما در حال تغییر خواهد بود و به همین دلیل کیفیت جداسازی از حالت ایده‌آل خود خارج می‌شود.
کیفیت و ظرفیت پمپ وکیوم نیز تأثیر بسیار زیادی بر پایداری خلأ و دقت فرآیند دارند. برای همین، انتخاب پمپ مناسب به اندازه سایر اجزای دستگاه اهمیت دارد و میتواند نتیجه نهایی تقطیر را به طور مستقیم تحت تأثیر قرار دهد.
یکی از مواردی که ما در طراحی و پشتیبانی تجهیزات بارها مشاهده کرده‌ایم، این است که بسیاری از کاربران تازه کار کیفیت پمپ وکیوم را دست کم میگیرند.
بارها دیده‌ایم که بالن شیشه‌ای، دقیق‌ترین سنسور دما و حتی باکیفیت‌ترین کندانسور را کنار هم قرار می‌دهند، اما با استفاده از یک پمپ وکیوم بی کیفیت، عملکرد کل سیستم را تحت تأثیر قرار می‌دهند. در چنین شرایطی، خلأ به درستی ایجاد یا حفظ نمی‌شود و نتیجه نهایی تقطیر دیگر دقت و تکرارپذیری لازم را نخواهد داشت.
تفاوت تقطیر در خلا و اتمسفر
| ویژگی | تقطیر در اتمسفر | تقطیر در خلا |
| دمای جوش | نقطه جوش طبیعی ماده | ۵۰ تا ۱۰۰ درجه کمتر (بسته به فشار) |
| مناسب برای | مواد سبک | مواد سنگین و حساس به حرارت |
| خطر تخریب حرارتی | زیاد | بسیار کم |
| راندمان جداسازی | معمولی | بالاتر برای برشهای سنگین |
| مصرف انرژی | بیشتر | کمتر |
| کیفیت محصول | احتمال تغییر ساختار | حفظ کیفیت ماده اولیه |
اگر برایتان سوال شده است که چرا در بعضی فرآیندها از تقطیر در خلا استفاده می‌شود و تقطیر معمولی کافی نیست، در این قسمت میخواهیم به این سوال جواب دهیم.
اول از همه باید بدانید که هر دو روش عملکرد مشابهی دارند، اما تفاوت آن‌ها در فشار کاری، دمای جوش و کیفیت جداسازی بسیار قابل توجه است. تفاوت اصلی این دو روش این است که در تقطیر معمولی، فرآیند در فشار اتمسفر انجام می‌شود و همین موضوع باعث می‌شود تا مواد برای رسیدن به نقطه جوش، به دمای بالاتری نیاز داشته باشند. اما در سیستم خلا، فشار محیط کاهش پیدا می‌کند و در نتیجه مواد در دمای پایین‌تری به جوش می‌آیند و تبخیر میشوند. از این رو، احتمال تخریب حرارتی ترکیبات حساس نیز به مراتب کمتر خواهد بود.
این تفاوت باعث شده است که صنایع نفت، داروسازی، شیمی و پتروشیمی برای ترکیبات حساس، استفاده از سیستم خلأ را به روش معمولی ترجیح دهند.
کاربرد تقطیر در خلا در صنعت و آزمایشگاه
کاربرد اصلی تقطیر در خلا مشخص است: جداسازی ترکیبات در دمای پایین تر و جلوگیری از تخریب حرارتی آن‌ها. اما زمانی که این فرآیند در محیط‌های مختلف انجام می‌شود، هدف از استفاده از آن نیز تا حدی تغییر می‌کند.
در آزمایشگاه، دقت اندازه گیری، قابل تکرار بودن نتایج و رعایت استانداردهای بین المللی اهمیت بسیار زیادی دارد. اما در پالایشگاه و واحدهای صنعتی که به دنبال افزایش راندمان، کاهش مصرف انرژی و تولید محصولات باکیفیت هستند، بهره وری فرآیند و پایداری عملکرد تجهیزات ارزش بیشتری پیدا می‌کند.
همین تفاوت در نیازها باعث شده است تجهیزات مورد استفاده در هر حوزه نیز از نظر ظرفیت، سطح اتوماسیون و امکانات کنترلی با یکدیگر متفاوت باشند.
تقطیر در خلا آزمایشگاهی
در محیط‌های تحقیقاتی و آزمایشگاههای کنترل کیفیت، سیستم‌های تقطیر خلأ یکی از مهمترین ابزارها برای بررسی خواص مواد و انجام آزمون‌های استاندارد هستند. به کمک این تجهیزات، کارشناسان می‌توانند ترکیبات حساس به حرارت را بدون ایجاد تغییر در ساختار شیمیایی آن‌ها تقطیر و بررسی کنند. همین موضوع باعث می‌شود نتایج آزمایش‌ها دقیقتر و قابل تکرار باشند.
یکی از مهمترین استانداردهای مورد استفاده در صنایع نفت، ASTM D1160 است. این استاندارد برای تعیین منحنی تقطیر فرآوردههای نفتی در فشار کاهش یافته تدوین شده و در بسیاری از آزمایشگاههای پالایشگاهی و پتروشیمی به عنوان مرجع اصلی مورد استفاده قرار میگیرد.
برای انجام دقیق این آزمون‌ها و کنترل پایدار فشار و دما، استفاده از دستگاه تقطیر آزمایشگاهی متناسب با نوع نمونه و استاندارد آزمون اهمیت زیادی دارد.
کاربردهای متداول این تجهیزات در آزمایشگاه را میتوانید در فهرست زیر مطالعه کنید:
- تعیین منحنی تقطیر فرآوردههای نفتی
- کنترل کیفیت روغنهای پایه و روانکارها
- بررسی مشخصات بیودیزل و سوختهای جایگزین
- بازیابی و خالصسازی حلالهای آلی
- جداسازی ترکیبات حساس به حرارت
- انجام پروژههای تحقیقاتی دانشگاهی و صنعتی
در بسیاری از مراکز تحقیقاتی، کیفیت دستگاه مستقیما بر دقت نتایج آزمون تأثیر می‌گذارد. کوچکترین نوسان در فشار یا دما میتواند منحنی تقطیر را تغییر دهد و باعث اختلاف میان نتایج آزمایش‌های تکراری شود. به همین دلیل، استفاده از تجهیزات دارای کنترل دقیق فشار و دما، یک ضرورت به شمار می‌رود.
اگر شما هم به عنوان کارشناس آزمایشگاه با دغدغه دقت نتایج و انطباق با استاندارد ASTM کار می‌کنید، انتخاب دستگاهی که همزمان کاربری آسان، کنترل دقیق و عملکرد پایدار داشته باشد، میتواند خطای انسانی را کاهش داده و نتایج قابل اعتمادتری در اختیار شما قرار دهد. برای آشنایی با مدل‌های آزمایشگاهی نیک ابزار آزما میتوانید به صفحه محصولات مراجعه کنید یا برای دریافت مشاوره و اطلاعات بیشتر با شماره 09132704367 تماس بگیرید.
تقطیر در خلا در پالایشگاه
پس از انجام تقطیر اتمسفری نفت خام، هنوز مقدار قابل توجهی از برشهای سنگین در باقیمانده برج باقی می‌ماند. اگر این ترکیبات در فشار معمولی حرارت ببینند، قبل از تبخیر دچار تجزیه و شکست مولکولی خواهند شد. به همین دلیل، پالایشگاه‌ها مرحله دوم فرآیند را در شرایط خلأ انجام می‌دهند.
برج تقطیر خلا از بزرگترین تجهیزات فرآیندی صنعت نفت به شمار می‌روند و در برخی واحدها ارتفاع آن‌ها به حدود ۵۰ متر و قطرشان به بیش از ۱۰ متر می‌رسد.
در این واحدها برش‌هایی مانند موارد زیر تولید میشوند:
- گازوئیل خلأ (Vacuum Gas Oil یا VGO)
- روغن های پایه
- خوراک واحدهای کراکینگ کاتالیستی
- واکس های صنعتی
- باقیمانده خلأ (Vacuum Residue) برای تولید قیر و فرآورده های سنگین
در این برج ها، مهمترین موضوع حفظ خلأ و کنترل دقیق فشار است. چرا که هرگونه تغییر در شرایط خلأ میتواند کیفیت برشهای تولیدی را تحت تأثیر قرار دهد و بازده اقتصادی واحد را کاهش دهد. به همین دلیل، کنترل مداوم فرآیند و نگهداری صحیح تجهیزات اهمیت زیادی دارد.
دستگاه تقطیر در خلا چیست؟
دستگاه تقطیر در خلا آزمایشگاهی تجهیزی است که برای انجام فرآیند تقطیر در فشار کمتر از فشار اتمسفر استفاده می‌شود. کاهش فشار داخل سیستم باعث می‌شود نمونه در دمای پایین‌تری به نقطه جوش برسد. بنابراین می‌توان فرآوردههای سنگین نفتی و موادی را که در دماهای بالا احتمال تجزیه حرارتی دارند، با شرایط کنترل‌شده‌تری مورد آزمایش قرار داد.
یکی از مهمترین کاربردهای دستگاه تقطیر در خلا در آزمایشگاههای نفت، پالایشگاه، پتروشیمی و مراکز کنترل کیفیت، انجام آزمون مطابق استاندارد ASTM D1160 است. این استاندارد برای تعیین محدوده نقاط جوش فرآوردههای نفتی و بیودیزل در فشار کاهش‌یافته کاربرد دارد و روش‌های دستی و اتوماتیک را پوشش می‌دهد.
در آزمون ASTM D1160 تنها ایجاد خلأ کافی نیست. برای دستیابی به نتایج دقیق و قابل تکرار، فشار، دمای نمونه، سرعت گرم‌شدن و شرایط میعان بخارات باید در طول آزمایش به‌درستی کنترل شوند. به همین دلیل کیفیت طراحی و عملکرد بخش‌های مختلف دستگاه، مستقیما بر نتیجه آزمون تأثیر می‌گذارد. برای مشاوره خرید دستگاه تقطیر در خلا آزمایشگاهی میتوانید با ما تماس بگیرید.
دستگاه تقطیر در خلا چگونه کار می کند؟
دستگاه‌های تقطیر بر اساس گرم‌کردن نمونه و تبدیل بخارات حاصل به مایع کار می‌کنند؛ با این تفاوت که در دستگاه تقطیر در خلا، فشار داخل سیستم کاهش پیدا می‌کند. کاهش فشار باعث می‌شود ترکیبات در دمای پایین‌تری به نقطه جوش برسند و بتوان نمونه‌های سنگین یا حساس به حرارت را با احتمال کمترِ تجزیه حرارتی تقطیر کرد.
در این فرآیند، نمونه داخل بالن یا فلاسک تقطیر قرار میگیرد و به‌صورت کنترل‌شده گرم می‌شود. بخارات ایجادشده وارد کندانسور میشوند و پس از سرد شدن، دوباره به مایع تبدیل و جمع‌آوری میشوند.
همزمان، پمپ وکیوم وظیفه ایجاد و حفظ فشار پایین در سیستم را بر عهده دارد. پایداری این فشار اهمیت زیادی دارد، زیرا تغییر فشار میتواند دمای جوش نمونه و در نتیجه نتیجه آزمون را تحت تأثیر قرار دهد.
سیستم کنترل دستگاه نیز برای تنظیم و پایش دما و فشار استفاده می‌شود. کنترل دقیق این پارامترها کمک می‌کند فرآیند تقطیر در شرایط مشخص انجام شود و نتایج به‌دست‌آمده از تکرارپذیری مناسبی برخوردار باشند.
جمع بندی
تقطیر در خلأ در صنایع نفت، پتروشیمی، داروسازی و صنایع شیمیایی، یکی از فرآیندهای کاربردی برای جداسازی ترکیبات حساس به حرارت و برشهای سنگین به شمار می‌رود. فرآیندی که با استفاده از یک اصل ساده فیزیکی، یعنی کاهش فشار محیط، دمای جوش مواد را کاهش می‌دهد و امکان جداسازی آن‌ها را بدون قرار گرفتن در معرض دماهای بالا فراهم می‌کند.
اما فراهم کردن شرایط مناسب برای بهره‌مند شدن از این اصل فیزیک، به همین سادگی نیست. این موضوع نیازمند تجهیزات دقیق، کنترل پایدار فشار و دما و آببندی مناسب سیستم است. تجربه نشان داده است که توجه به همین جزئیات، تنها راه رسیدن به نتایج دقیق، قابل تکرار و مطمئن خواهد بود.
ما در نیک ابزار آزما تلاش کرده‌ایم دانش فنی بومی را با تجربه طراحی و ساخت تجهیزات آزمایشگاهی ترکیب کنیم و دستگاه‌هایی تولید کنیم که پاسخگوی نیاز واقعی آزمایشگاهها، مراکز تحقیقاتی و واحدهای صنعتی ایران باشند.
اگر قصد تجهیز یا ارتقای آزمایشگاه و واحد صنعتی خود را دارید، کارشناسان نیک ابزار آزما آماده‌اند تا با بررسی نیازهای فرآیند، مناسب‌ترین دستگاه تقطیر در خلأ را به شما پیشنهاد دهند.
سوالات متداول
آزمون تقطیر در فشار خلأ ASTM D1160 چیست؟
ASTM D1160 استاندارد آزمون تقطیر فرآوردههای نفتی در فشار کاهش یافته است. این آزمون برای تعیین محدوده نقاط جوش فرآوردههای نفتی، بیودیزل و برش‌هایی استفاده می‌شود که ممکن است هنگام تقطیر در فشار اتمسفری، بر اثر دمای بالا دچار تجزیه حرارتی شوند. در این روش با کاهش فشار داخل سیستم، نمونه در دمای پایین‌تری به جوش می‌آید و می‌توان رفتار تقطیری آن را بدون قرار دادن نمونه در معرض دماهای بسیار بالا بررسی کرد.
نسخه فعال این استاندارد ASTM D1160-24 است و دامنه آن شامل موادی می‌شود که بتوان آن‌ها را در شرایط آزمون به صورت جزئی یا کامل و با حداکثر دمای مایع 400 درجه سانتی‌گراد تبخیر کرد. استاندارد، هر دو روش دستی و اتوماتیک را برای انجام آزمون در نظر گرفته است.
تفاوت ASTM D1160 با ASTM D86 چیست؟
تفاوت اصلی این دو استاندارد در فشار آزمون و نوع نمونه است. ASTM D86 برای تقطیر فرآوردههای نفتی سبک و میان تقطیر مانند بنزین، نفت سفید و گازوئیل در فشار اتمسفری استفاده می‌شود. در مقابل، ASTM D1160 برای فرآوردههای سنگین‌تر و دارای نقطه جوش بالا طراحی شده و آزمون را تحت فشار کاهش‌یافته یا خلأ انجام می‌دهد.
دمای معادل اتمسفری (AET) چیست؟
دمای معادل اتمسفری یا Atmospheric Equivalent Temperature (AET) دمایی است که از دمای اندازه‌گیری‌شده در شرایط خلأ محاسبه می‌شود و نشان می‌دهد همان جزء نفتی، در صورت تقطیر در فشار استاندارد اتمسفری 101.3 کیلوپاسکال یا 760 mmHg و بدون وقوع تجزیه حرارتی، تقریبا در چه دمایی تقطیر می‌شد. در ASTM D1160 از AET برای تبدیل و مقایسه نتایج تقطیر در فشارهای مختلف استفاده می‌شود.
دیدگاهتان را بنویسید