فرق تقطیر و میعان چیست؟ – به زبان ساده

فرق تقطیر و میعان در این است که تقطیر یک روش جداسازی برای مخلوط‌های مایعی است که به راحتی جداسازی نمی‌شوند. اما میعان یک تغییر حالت ماده از گاز به مایع است که با کاهش دما یا افزایش فشار انجام می‌شود. در تقطیر از تبخیر و میعان به صورت مرحله به مرحله استفاده می‌شود و نیاز به تجهیزات خاص مانند سیستم تقطیر یا ستون تقطیر دارد. اما میعان می‌تواند به صورت خودبخود نیز انجام شود. در این مطلب از مجله فرادرس می‌آموزیم فرق تقطیر و میعان چیست.

در ابتدای این مطلب می‌آموزیم فرق تقطیر و میعان چیست. سپس با مثال‌ها و تعریف تقطیر و میعان آشنا می‌شویم. در ادامه، روش انجام تقطیر و میعان را آموخته و با کاربردهای تقطیر و میعان آشنا می‌شویم. در نهایت، انواع تقطیر و میعان را بررسی کرده و شباهت این دو فرآیند را یاد می‌گیریم. با مطالعه این مطلب تا انتها می‌توانید به شکلی کامل بیاموزید فرق تقطیر و میعان چیست.

فرق تقطیر و میعان چیست؟

مهم‌ترین و کلیدی‌ترین فرق بین تقطیر و میعان، به تعریف آن‌ها برمی‌گردد. تقطیر، فرآیند جداسازی اجزای یک مخلوط (محلول) است که طی آن از تغییرات فیزیکی تبخیر و میعان استفاده می‌شود. میعان، خود به تنهایی تغییر فیزیکی تبدیل گاز به مایع، به وسیله پایین آوردن دما است.

تقطیر یکی از روش‌های کاربردی و پراستفاده در صنایع مختلف است که به کمک آن می‌توانیم قسمت‌های مختلف یک مخلوط مایع را از هم جدا کنیم. برای مثال، نفت خام که مخلوطی از هیدروکربن‌های مختلف است، به کمک تقطیر به اجزای جداسازی شده‌ای مانند نفت سفید و ... تبدیل می‌شود. تقطیر با جوشاندن مخلوط و جداسازی اجزا بر اساس نقطه جوش آن‌ها انجام می‌شود. اما میعان تغییر حالت ماده (هر نوع گازی) به حالت مایع آن است. برای مثال، بارش باران نوعی میعان (تبدیل بخار آب به آب مایع) است.

در ادامه فرق تقطیر با میعان آورده شده است.

در ادامه با بررسی مثال‌ها و تعریف هر یک از این فرآیندها می‌آموزیم فرق تقطیر و میعان چیست.

یادگیری علوم دروه متوسطه با فرادرس

برای درک بهتر این موضوع که فرق تقطیر و میعان چیست، ابتدا باید با مفاهیمی چون انواع حالت ماده و تغییر آن، تغییر فیزیکی و تغییر شیمیایی، نیروهای بین مولکولی، مفهوم دما و گرما و نقطه ذوب و نقطه جوش آشنا شویم. پیشنهاد می‌کنیم برای یادگیری بهتر این مفاهیم، به مجموعه فیلم آموزش علوم تجربی دوره متوسطه مراجعه کنید که با زبانی ساده و کاربردی به توضیح این مفاهیم می‌پردازد.

همچنین، با مراجعه به فیلم‌های آموزش فرادرس که در ادامه آورده شده است می‌توانید به آموزش‌های بیشتری در زمینه فرق تقطیر با میعان دسترسی داشته باشید.

• فیلم آموزش علوم تجربی پایه هفتم فرادرس
• فیلم آموزش علوم تجربی پایه نهم بخش شیمی فرادرس
• فیلم آموزش علوم تجربی پایه هشتم بخش فیزیک فرادرس

تعریف تقطیر و میعان چیست؟

کلید درک فرق تقطیر و میعان، در درک تعریف آن‌ها است. تقطیر یک روش برای جداسازی اجزای یک مخلوط مایع است. در حالی که میعان یکی از روش‌های تبدیل حالت ماده (گاز به مایع) است. در ادامه هر یک از این موارد را تعریف می‌کنیم.

تقطیر چیست؟

تقطیر یک تکنیک است که می‌توان برای جداسازی اجزای یک مخلوط مایع با استفاده از تفاوت در نقطه جوش آن‌ها استفاده کرد. در فرآیند تقطیر از تبخیر و میعان استفاده می‌شود. در این فرآیند، هر جزء با رسیدن به نقطه جوش خود تبخیر شده و سپس بخارات آن با استفاده از سرمایش، میعان شده و به مایع تبدیل می‌شود و جداسازی می‌شود. تقطیر می‌تواند در مقیاس آزمایشگاهی برای جداسازی اجزای مخلوط‌ها در حجم کم و در مقیاس صنعتی برای جداسازی اجزای هزاران لیتر مخلوط استفاده شود.

در هر یک از این مقیاس‌ها، تجهیزات مورد نیاز برای انجام تقطیر متفاوت است اما در نهایت تمامی آن‌ها از اصول پایه تفاوت نقطه جوش و تبدیل گاز به مایع توسط میعان استفاده می‌کنند. انواع مختلفی از تقطیر با توجه به کاربرد آن‌ها و نتیجه نهایی جداسازی وجود دارند. برخی از انواع تکنیک‌های تقطیر عبارتند از:

• تقطیر ساده
• تقطیر جزء به جزء
• تقطیر با بخار
• تقطیر خلأ و ...

میعان چیست؟

میعان، فرآیند تبدیل یک ماده گازی به فاز مایع همان مایع است. این فرآیند که یک تغییر فیزیکی است، به دلیل سرد شدن محیط اطراف گاز (کاهش دما و انرژی گرمایی) و نزدیک شدن مولکول‌های گاز به یکدیگر انجام می‌شود.

همچنین میعان در اثر افزایش فشار نیز می‌تواند اتفاق بیافتد. با افزایش فشار به مولکول‌های یک ماده گازی، مقدار فاصله بین مولکول‌های آن کاهش یافته و مقدار انرژی جنبشی آن‌ها نیز کاهش می‌یابد. در نتیجه به مایع تبدیل می‌شوند. در برخی از فرآیندها ممکن است از کاهش دما و افزایش فشار به صورت همزمان استفاده کرد. برای مثال، فرآیند تولید هوای مایع یکی از این موارد است.

نقطه شبنم و رطوبت نسبی

نقطه شبنم دمایی اسست که در آن میعان انجام می‌شود. شبنم در واقع آب متراکم شده درون اتمسفر است. دمای هوا می‌تواند به صورت طبیعی طی ساعات سردتر از شبانه روز به نقطه شبنم رسیده یا پایین‌تر از آن بیاید.

مثال تقطیر و میعان

در قسمت قبل آموختیم فرق تقطیر و میعان چیست. تقطیر فرآیندی است که به صورت طبیعی رخ نمی‌دهد و باید با استفاده از تجهیزات و در آزمایشگاه انجام شود. اما میعان به صورت طبیعی در اتمسفر هوا و در طول شبانه روز رخ می‌دهد. در ادامه می‌آموزیم فرق مثال‌های تقطیر و میعان چیست.

مثال میعان

میعان، نام علمی فرآیندی است که طی آن تغییر فیزیکی تبدیل حالت گاز به مایع رخ می‌دهد. میعان در بسیاری از فرآیندهای طبیعی زندگی روزمره ما اتفاق می‌افتد. در ادامه برخی از مثال‌های میعان را نام می‌بریم.

• شبنم صبحگاهی بر روی برگ گیاهان
• تشکیل ابرها در آسمان
• بارش باران
• شکیل مه
• تشکیل بخار از نفس انسان در هوای سرد
• بخار کردن شیشه ماشین
• تشکیل بخار بر آینه حمام
• تشکیل قطرات آب روی قوطی نوشابه

مثال تقطیر

در قسمت‌های قبلی آموختیم تقطیر فرآیند جداسازی اجزای یک مخلوط مایع است که طی آن از نقطه جوش اجزا، تبخیر و میعان استفاده می‌شود. فرآیند تقطیر در بسیاری از فرآیندهای صنعتی و آزمایشگاهی برای کاربردهای صنعتی و روزمره استفاده می‌شود. در ادامه برخی از مثال‌های تقطیر را نام می‌بریم.

• تقطیر آب برای تولید آب مقطر
• تولید برخی نوشیدنی‌ها
• تولید فرآورده‌های نفت خام
• تولید عطر
• جداسازی حلال و حل شونده

روش انجام تقطیر و میعان

در قسمت‌های قبل آموختیم فرق تقطیر و میعان چیست. در ادامه، روش انجام هر یک از این فرآیندها را توضیح می‌دهیم.

روش انجام تقطیر

تقطیر فرآیندی است که با ترکیب تبخیر و میعان، به جداسازی اجزای مخلوط مایع می‌انجامد. این فرآیند از سه مرحله کلی زیر تشکیل شده است.

1. تبدیل اجزای مایع به بخار
2. سرد کردن و میعان بخارات با استفاده از سرد کنننده (مبرد)
3. جمع‌آوری مایع تولید شده و جداسازی آن

در ادامه هر یک از این مراحل را توضیح می‌دهیم.

تبدیل اجزای مایع به بخار

در قسمت قبل آموختیم تقطیر برای جداسازی اجزای مخلوط مایع استفاده می‌شود. یک مخلوط مایع معمولا از ترکیب چندین محلول با نقطه‌جوش‌های مشخص و متفاوت تشکیل شده است. برای انجام فرآیند تقطیر، مخلوط را تا نقطه جوش هر یک از اجزا حرارت می‌دهند تا هر جزء به صورت جداگانه تبخیر شود.

اندازه‌گیری و کنترل دما یک اصل بسیار مهم در این مرحله است. زیرا گذر از نقطه جوش هر جزء می‌تواند به جوشش و تبخیر همزمان اجزا بیانجامد و محصول نهایی تقطیر خلوص لازم را نداشته باشد. بخارات حاصل از تبخیر هر جزء در مرحله بعدی سرد شده و جداسازی می‌شود.

سرد کردن و میعان بخارات

بخار تولید شده هر جزء تقطیر با استفاده از اتصالات مناسب به یک سرد کننده یا مبرد فرستاده می‌شود. در این مرحله با کاهش دما (و در برخی از موارد با افزایش فشار)، این بخارات میعان شده و به مایع تبدیل می‌شوند. در مبرد از یک سمت (اغلب قسمت پایینی) آب سرد وارد شده و به سرد کردن بخار کمک می‌کند. آب گرم شده حاصل از حرارت بخار نیز از قسمت دیگر مبرد خارج می‌شود.

جمع آوری و جداسازی

در نهایت مایعات تولید شده طی فرآیند سرمایش و میعان، در ظروف جداگانه‌ای جداسازی شده و در صورت نیاز برای خالص سازی بیشتر دوباره تقطیر می‌شوند. همچنین، طی فرآیند تقطیر می‌توان جزء جامد حل شده در محلول‌ها را جداسازی کرد. بدین صورت که با تنظیم دما بر روی نقطه جوش حلال، آن را از محلول جدا کرده و ماده جامد حل‌شونده باقی می‌ماند.

در این مورد نیز می‌توان با تکرار فرآیند تقطیر با حلال‌های مخصوص برای جداسازی و سپس انجام فرآیند کریستاله کردن، خلوص ماده باقی مانده را افزایش داد. در ادامه، مثالی از روش انجام تقطیر در مقیاس آزمایشگاهی را توضیح می‌دهیم. پیشنهاد می‌کنیم برای آشنایی بیشتر با تقطیر در مقیاس صنعتی و فرایند آن، فیلم آموزش تجهیزات فرایندی ۷ فرادرس که لینک آن در ادامه آورده شده است را مشاهده کنید.

مثال فرآیند تقطیر

یکی از کاربردهای بسیار رایج فرآیند تقطیر، تولید آب مقطر است که با دستگاه‌های مختلف انجام می‌شود. برای انجام یک فرآیند تقطیر ساده در آزمایشگاه، به تجهیزاتی چون چراغ شعله بونزن، سه پایه و میله، بالن ته گرد، اتصالات، دما سنج، مبرد و ظرفی برای جمع آوری فرآورده تقطیر نیاز است. این فرآیند مطابق تصویر زیر انجام می‌شود.

در این سیستم تقطیر ساده، آب موجود در بالن ته گرد توسط چراغ شعله بنزن حرارت داده می‌شود تا به دمای جوش برسد و دمای آن به صورت مداوم با دماسنج پایش می‌شود. آب تبخیر شده و بخار آب از طریق اتصالات شیشه‌ای به مبرد هدایت می‌شود و در آنجا سرد شده و میعان رخ می‌دهد. سپس قطرات آب مقطر در ظرفی جمع آوری شده و املاح و ناخالصی موجود در آب در بالن به صورت محلول (یا جامد) باقی می‌ماند.

روش انجام میعان

در قسمت قبل آموختیم میعان چیست. میعان، فرآیند تبدیل حالت گازی یک ماده به حالت مایع آن طی فرآیند کاهش دما و افزایش فشار است. میعان به دو روش می‌تواند رخ دهد. یکی از این روش‌ها، سرد شدن گاز تا نقطه شبنم و روش دوم، اشباع شدن با بخار آب اضافی است. طی فرآیند میعان، چند پارامتر ممکن است تغییر کند تا میعان انجام گیرد. این موراد، تغییر در دما، تغییر فشار، وجود سطوح سرد، رطوبت و وجود هسته میعان است. در ادامه هر یک از این موارد توضیح داده می‌شود.

تغییر در دما

برای انجام شدن میعان، معمولا تغییر دما نیاز است. برای نزدیک شدن مولکول‌های گاز به یکدیگر و تولید مایع، نیاز است دمای گاز تا حد معینی (نقطه شبنم) پایین آورده شود. برای مثال، تشکیل باران در اثر سرد شدن هوا یکی از مثال‌های میعان است.

تغییر در فشار

فشار رابطه‌ای عکس با تغییر دما در انجام میعان دارد. برای انجام میعان، فشار گاز باید افزایش داده شود تا ذرات گاز به هم نزدیک شده و به مایع تبدیل شوند. یکی از مثا‌ل‌های افزایش فشار و انجام میعان، فرآیند تولید هوای مایع است.

وجود سطح سرد

وجود سطوح مختلف در محیط‌های پر رطوبت و سرد ( مانند سطوح برگ در جنگل‌های مرطوب و شیشه ماشین در روزهای سرد) می‌تواند به انجام میعان کمک کند. به همین دلیل است که در روزهای سرد و بارانی، بخار تنفس انسان به صورت رطوبت بر شیشه ماشین می‌نشیند.

وجود رطوبت

رطوبت در واقع همان بخار آب موجود در محیط است. بالاتر بودن رطوبت هوا می‌تواند به انجام میعان کمک کند. این پدیده به خصوص در محیط‌های سرد بسیار اثرگذار است.

وجود هسته میعان

هسته‌های میعان، ذرات ریزی هستند که در هوای سرد وجود دارند و می‌تواند به عنوان سطوح ریزی برای تشکیل بخار آب بر روی آن‌ها و تبدیل به مایع عمل کنند.

کاربرد تقطیر و میعان چیست؟

تقطیر و میعان هر یک کاربردهای بسیار زیادی در صنایع و فرآیندهای طبیعی دارند. برای مثال، میعان در بسیاری از فرآیندهای طبیعی در چرخه آب روی زمین کاربرد دارد. همچنین، به کمک تقطیر می‌‌توان اجزای بسیاری از مخلوط‌های شیمیایی را جداسازی کرد یا با استفاده از جداسازی ناخالصی‌ها، مقدار خلوص ماده را افزایش داد.

در ادامه، کاربردهای مختلف تقطیر و میعان را نام می‌بریم.

کاربردهای تقطیر

از تقطیر برای مواردی مانند جداسازی اجزای نفت خام، خالص‌سازی محلول‌ها، نمک زدایی از محلول‌ها و ... استفاده می‌شود. در ادامه این موارد را نام می‌بریم.

• بالابردن خلوص مایعات یا خلوص برخی از ترکیبات در داروها یا نوشیدنی‌ها
• برای نمک‌زدایی از محلول‌ها
• تقطیر جزئی نفت خام برای ذخیره سازی و انتقالات ایمن آن
• تقطیر فوق سرد برای جداسازی هوای معمولای به اجزای گازی آن
• جداسازی اجزای نفت خام
• جداسازی مواد فرار از مواد غیرفرار
• جداسازی متانول و اتانول از آب
• خالص‌سازی روغن‌ها و نوشیدنی‌ها در صنایع غذایی

پیشنهاد می‌کنیم برای آشنایی بیشتر با روش بکارگیری تقطیر در مقیاس صنعتی و روش جداسازی اجزای نفت، مطلب جداسازی اجزای تشکیل دهنده نفت خام مجله فرادرس را مطالعه کنید.

کاربردهای میعان

از میعان در فرآیندهای طبیعی و مصنوعی متفاوتی استفاده می‌شود. برای مثال، این تغییر فیزیکی در چرخه آب در طبیعت وجود دارد و همچنین به عنوان جزئی از فرآیند تقطیر نیز استفاده می‌شود. در ادامه برخی از کاربردهای فرآیند میعان را توضیح می‌دهیم.

• یک جزء از فرآیند تقطیر است.
• برای تولید آب در مقیاس بالا برای استفاده انسان‌ها
• تولید برق (انرژی)
• نمک‌زدایی آب
• سرمازایی
• تصفیه هوا

انواع تقطیر و میعان

در قسمت‌های قبل آموختیم فرق تبخیر و میعان چیست. انواع مختلف و بخصوصی تقطیر و میعان بر اساس نحوه انجام آن‌ها وجود دارد. در ادامه هر یک از این موارد را می‌آموزیم.

انواع تقطیر

بسته به کاربرد صنعتی و نتیجه نهایی فرآیند تقطیر، انواع مختلفی از این فرآیند وجود دارد. هر یک از این روش‌ها، اصول اصلی تبخیر، میعان و جداسازی رعایت می‌شوند. انواع مختلف تقطیر در ادامه توضیح داده شده است.

تقطیر جز به جز

از تقطیر جزء به جزء برای جداسازی اجزای نفت خام استفاده می‌شود. در این روش، اجزای مختلف در سینی‌های تقطیر جداگانه با دمای دقیق و کنترل شده تبخیر و جداسازی می‌شوند.

تقطیر ساده

این روش برای مخلوط‌هایی استفاده می‌شود که نقطه جوش اجزای سازنده آن‌ها بسیار متفاوت است. این نوع تقطیر یکی از پرکاربردترین انواع تقطیر در بسیاری از صنایع است. در ادامه، تفاوت‌های این روش‌ با روش تقطیر جز یه جز توضیح داده شده است.

تقطیر بخار

در این روش از بخار آب برای استخراج و تقطیر اجزای مخلوط استفاده می‌شود. جداسازی عصاره گل‌ها و گیاهان به این روش انجام می‌شود.

تقطیر خلأ

از این روش برای موادی استفاده می‌شود که نقطه جوش آن‌ها در فشار استاندارد بسیار بالا است. همچنین موادی که در شرایط استاندارد تجزیه می‌شوند نیز به همین روش تقطیر می‌شوند.

تقطیر آزئوتروپی

این روش برای جداسازی اجزای مخلوط آزئوتروپیک استفاده می‌شود. اجزای این مخلط‌ها به روش‌های ساده و معمول تقطیر جداسازی نمی شوند. در این روش مواد شیمیایی خاصی به محلول برای جداسازی اجزای مخلوط به آن اضافه می‌شوند.

تقطیر استخراجی

تقطیر استخراجی مانند تقطیر آزئوتروپی برای جداسازی محلول‌های آزئوتروپی بکار می‌رود. در این روش، با افزودن مواد شیمیایی به محلول برای استخراج اجزاء به کار می‌رود. همچنین انواع دیگری از تقطیر نیز وجود دارد که در ادامه نام برده می‌شوند.

• تقطیر خلأ حساس به هوا
• تقطیر مسیر کوتاه
• تقطیر منطقه‌ای

انواع میعان

در قسمت‌های قبل آموختیم فرق تقطیر و میعان چیست. دمایی که در آن می‌توان به نقطه شبنم رسید، می‌تواند برای دسته بندی میعان استفاده شود. بر این اساس، میعان می‌تواند در دمایی پایین‌تر از دمای انجامد آب ( صفر درجه سانتی‌گراد) یا بالاتر از آن انجام شود. بدین ترتیب، پدیده‌های مختلفی رخ می‌دهد. در ادامه این موارد را توضیح می‌دهیم.

• نقطه شبنم پایین‌تر از صفر درجه: در این شرایط، میعان به پدیده‌هایی چون بارش برف، شبنم منجمد و برخی از انواع ابرها می‌انجامد.
• نقطه شبنم بالاتر از صفر درجه: در این شرایط، میعان به پدیده‌هایی چون شبنم، مه فشرده (mist)، مه، مه‌دود و برخی از انواع ابرها می‌انجامد.

همچنین در دسته‌بندی دیگری، میعان بر اساس مکان رخ دادن آن به دو دسته تقسیم می‌شود. بر این اساس، میعان می‌تواند در نزدیکی سطح زمین انجام شده و به پدیده‌هایی چون شبنم، مه و مه غلیظ بیانجامد. در صورت رخ دادن میعان در مکان‌های بالاتر از سطح زمین، برخی از ابرها و بارش برف و باران رخ می‌دهد.

میعان در چرخه آب

تشکیل ابر و شبنم دو مرحله مهم در چرخه آب در زمین هستند. میعان در این چرخه، مرحله بین تبخیر و بارش آب باران است. مولکول‌های آب در چرخه آب، به فرم‌های مختلف ماده (جامد، مایع، گاز) وجود دارد. این مولکول‌ها به صورت مداوم بین این حالت‌های ماده، تغییر می‌کنند و در حرکت هستند. هنگامی که رطوبت اضافی در یک توده هوا وجود داشته باشد و هوا مقداری پایین باشد، ابرها شکل می‌گیرند. با جذب گرما این ابرها به ارتفاعات بالاتر رفته و سپس با سرد شدن، دچار میعان شده و به صورت باران به شکل مایع به زمین باز می‌گردند.

شباهت تقطیر و میعان چیست؟

در این مطلب از مجله فرادرس آموختیم فرق تقطیر و میعان چیست. حال شباهت این فرآیندها را بررسی می‌کنیم. شباهت تقطیر و میعان در این است که هر دو فرآیند یک نوع تغییر فیزیکی هستند. در تقطیر از دو فرآیند فیزیکی تبخیر و میعان استفاده می‌شود. در میعان، مولکول‌های گاز به هم نزدیک شده و به مایع تبدیل می‌شوند. در این فرآیند، تنها فواصل بین ملوکولی و پیوندهای بین ملولکولی تغییر کرده و ساختار ماده تغییر نمی‌کند.

در تبخیر نیز (در فرآیند تقطیر)، ملوکول‌های مایع انرژی گرمایی را جذب کرده و با افزایش انرژی جنبشی و افزایش فاصله بین مولکولی، نیروهای بین مولکولی آن‌ها ضعیف شده و به گاز تبدیل می‌شود. بنابراین، در هر دوی این فرآیندها (تقطیر و میعان) هیچ تغییر شیمیایی صورت نمی‌گیرد.