Kama mhandisi au mwanafunzi wa uhandisi, kila wakati unatafuta njia za kutenganisha na kusafisha michanganyiko ya kioevu ambayo ni ya haraka na rahisi.
Lakini labda haujui juu ya kunereka kwa azeotropic.
Sio tu kwamba mchakato huu hutenganisha mchanganyiko, lakini pia unaweza kufanya vipengele safi, ambavyo ni vigumu kufanya na njia za jadi za kunereka.
Kunereka kwa Azeotropic ni mchakato mgumu lakini unaovutia ambao umekuwa muhimu sana katika tasnia ya uhandisi na kemikali.
Katika makala hii, nitaelezea jinsi kunereka kwa azeotropic hufanya kazi, pamoja na faida zake, vikwazo, na matumizi ya kawaida.
Kwa ujuzi huu, utaweza kuchukua mbinu zako za kujitenga hadi ngazi inayofuata.
Utangulizi wa kunereka kwa Azeotropic
Ufafanuzi rasmi:
Mchakato ambao mchanganyiko wa kioevu hutenganishwa katika vipengele safi kwa msaada wa dutu ya ziada au kutengenezea.
Azeotropic kunereka ni njia ya kutenganisha sehemu za mchanganyiko kwa kutengeneza azeotrope, ambayo ni mchanganyiko wa sehemu zinazochemka kwa joto sawa.
Kunereka hakuwezi kutumika kutenganisha aina hii ya mchanganyiko katika sehemu zake kwa sababu sehemu zote zina kiasi sawa cha mvuke na kioevu.
Uchimbaji kunereka, kwa upande mwingine, ni njia sawa ya kutenganisha mchanganyiko, lakini badala ya kuingiza, hutumia kutengenezea kutenganisha mchanganyiko.
Unereka wa Azeotropic
Katika kunereka kwa azeotropiki, kiingilizi hutumiwa kubadili jinsi sehemu tofauti za mchanganyiko zilivyo tete, ambayo inafanya uwezekano wa kuwatenganisha.
Kwa kuchanganya moja au zaidi ya vipengele na intrainer, azeotrope mpya inafanywa.
azeotrope hii mpya inaweza kutenganishwa na mchanganyiko wa asili kwa kunereka kwa sehemu.
Kiingiza kawaida ni sehemu ya mchanganyiko ambayo ina kiwango cha chini cha kuchemsha na tete ya juu ikilinganishwa na sehemu nyingine.
Ikiwa mchanganyiko huunda azeotrope ya kiwango cha chini cha kuchemsha, ambayo ni azeotrope yenye kiwango cha chini cha kuchemsha, kiingiza kitachanganya na sehemu tete zaidi ya mchanganyiko wa awali ili kuunda azeotrope.
Katika kesi hii, azeotrope yenye kiwango cha chini cha kuchemsha ambacho huunda wakati kiingilizi kinaongezwa huvukiza kwanza.
Hii inaitwa distillate.
Ikiwa sivyo, ikiwa azeotrope iliyo na kiwango cha juu cha kuchemka itaundwa na kiingizaji, sehemu tete zaidi ya mchanganyiko wa asili itayeyuka kwanza.
Hii inafanya uwezekano wa kunereka kwa sehemu kutenganisha sehemu za mchanganyiko wa asili.
Kunereka kwa Uchimbaji
Katika kunereka kwa uziduaji, kila mchanganyiko lazima utumie kutengenezea tofauti, na vimumunyisho haipaswi kuwa na azeotrope.
Kimumunyisho hubadilisha usawa wa mchanganyiko wa mvuke-kioevu, ambayo inafanya uwezekano wa kutenganisha sehemu.
Uchimbaji kunereka unaweza kutumika kutenganisha mchanganyiko unaoelekea kutengeneza azeotropes, jambo ambalo haliwezekani kwa kunereka kwa azeotropiki.
Mchanganyiko wa Kuchemka Mara kwa Mara
Mchanganyiko unaochemka kwa kasi isiyobadilika, pia huitwa mchanganyiko wa "azeotropic", una athari kwenye kunereka kwa sehemu ya mchanganyiko usio bora zaidi (azeotropes).
Iwapo Sheria ya Raoult imevunjwa kwa njia chanya, hufanya curve ya shinikizo la mvuke yenye thamani ya juu ambayo si A au B safi.
Ikiwa mchanganyiko huu una mvuke nyingi, pointi zao za kuchemsha zitakuwa chini.
Molekuli huzunguka kwa urahisi, na kunereka kwa sehemu pekee haitoshi kupata ethanoli safi kwa sababu bado itakuwa na maji na uchafu mwingine.
Sanaa ya Utengano Mgumu: Kuchunguza Unereka wa Azeotropiki
Bado ni ngumu kupata na ngumu kuelewa? Acha nibadilishe mtazamo kidogo:
Je, umechoshwa na michakato ile ile ya zamani ya kunereka ambayo hutenganisha tu michanganyiko bila kuongeza ladha yoyote ya ziada? Je! Unataka kufanya mbinu zako za utengano kuwa ngumu na zenye kutatanisha kuliko zinavyohitaji kuwa? Kweli, nina jibu kwako! Kunereka kwa Azeotropiki ni mchakato unaochukua utengano rahisi na kuugeuza kuwa msururu wa vitu vya ziada na vimumunyisho.
Kwa nini utumie kitu kimoja kutenganisha mchanganyiko wakati unaweza kutumia mbili au tatu? Nani anataka kuwa rahisi wakati unaweza kuwa ngumu? Kunereka kwa Azeotropic: Wakati mwingine, njia bora ya kusafisha sehemu zako ni kufanya mchakato kuwa mgumu iwezekanavyo.
Sawa, huo ulikuwa mzaha tu uliofichwa kama tangazo la TV. Sasa turudi kwenye maelezo.
Mchakato wa Azeotropic kunereka
Kunereka kwa Azeotropiki kuna faida nyingi zaidi ya njia zingine za kutenganisha vitu, kama vile jinsi ilivyo rahisi kutenganisha kiingilizi na bidhaa unayotaka, jinsi ilivyo rahisi kutumia, jinsi nishati inavyotumia na bei nafuu.
Aina za Washiriki
Kwa kunereka kwa azeotropiki, kuna aina tatu za viingilizi: homogeneous, heterogeneous, na extractive.
Vipengee vyenye uwiano sawa vinaweza kuchanganyika na vijenzi vyote vya mlisho, lakini viingilizi tofauti huunda awamu mbili za kioevu ambazo haziwezi kuchanganyika.
Waingizaji wa uchimbaji hawafanyi azeotrope na sehemu yoyote ya malisho.
Badala yake, wao huondoa tu vipengele vya polar au chini ya polar kulingana na polarity yao.
Unereka wa Azeotropiki wa Homogeneous na Tofauti
Kuna aina mbili za kunereka kwa azeotropiki, inayoitwa homogeneous na heterogeneous, ambayo inategemea jinsi kiingiza huingiliana na mchanganyiko wa malisho.
Kunereka kwa azeotropiki isiyo na usawa ni rahisi kutumia na ina ufanisi zaidi kuliko kunereka kwa azeotropiki kwa sababu kiigizo kinaweza kuchanganya na vijenzi vyote kwenye mlisho.
Kunereka kwa azeotropiki kwa wingi, kwa upande mwingine, hutumia kiingilio ambacho hakiwezi kuchanganywa na sehemu zozote za mchanganyiko wa malisho.
Hii inaweza kusababisha safu kushindwa na mabadiliko madogo katika shinikizo au decanter kuzima na uvujaji mdogo.
Kwa hivyo, huathiriwa zaidi na jinsi inavyoendeshwa kuliko kunereka kwa azeotropiki yenye homogeneous.
Mapungufu ya Azeotropic kunereka
Kunereka kwa Azeotropic kuna faida fulani, lakini pia kuna shida kadhaa.
Baadhi ya suluhu haziwezi kutenganishwa vilevile na kunereka ikiwa zina azeotropes katika hali zao za usawa wa mvuke-kioevu.
Pia, uchaguzi wa wakala wa azeotropiki unaweza kuwa na athari kubwa kwenye mchakato na, ikiwa hautashughulikiwa vizuri, unaweza kuchafua mazingira.
Pia, kutumia kunereka kwa azeotropiki bado hutumia nishati nyingi, na inaweza si mara zote kutoa kiwango cha usafi kinachohitajika kwa bidhaa zinazolengwa.
Matumizi ya kunereka kwa Azeotropic
Upungufu wa maji mwilini wa Ethanol
Mojawapo ya njia zinazojulikana zaidi ambazo kunereka kwa azeotropic hutumiwa ni kuondoa maji kutoka kwa mchanganyiko wa ethanol na maji.
Mchanganyiko wa azeotropiki huenda kwenye safu ya mwisho, ambapo kunereka kwa azeotropiki hutokea.
Hapo awali, viingilizi vingi tofauti vilitumiwa kwa hili, lakini benzene ilitumiwa zaidi hadi ilipopatikana kusababisha saratani.
Mara nyingi, cyclohexane hutumiwa kuvunja azeotrope ya maji ya ethanol katika sayansi ya kisasa.
Utaratibu huu ni muhimu sana katika tasnia ya ethanoli ya mafuta, ambapo maji yanahitaji kutolewa nje ya ethanoli ili kuzuia injini kuharibika na kuongeza kiwango cha ethanoli katika mchanganyiko wa mafuta.
Unereka wa Azeotropiki wa Heterogeneous
Kuongeza kiingilizi ambacho hufanya awamu tofauti ni sehemu ya njia za kunereka za azeotropiki za viwandani.
Sawa na kunereka kwa uziduaji, mchakato huu wa kuongeza kiingilio ambacho hufanya awamu mpya inaitwa kuingizwa.
Njia ya kawaida ya kutumia njia hii ni kuchanganya benzene na maji na ethanoli ili kutengeneza azeotrope mpya tofauti yenye kiwango cha chini cha mchemko ambacho kinaweza kutenganishwa kwa njia ya kawaida.
Njia hii ni muhimu sana kwa kuondoa uchafu katika vimumunyisho vya kikaboni, kusafisha mafuta muhimu, na kupata tena hidrokaboni.
Matumizi mengine
Kunereka kwa Azeotropiki kuna idadi ya matumizi katika tasnia kando na upungufu wa maji mwilini wa ethanol na kunereka kwa azeotropiki tofauti tofauti, kama vile:
- Isoma, ambazo zina karibu mali sawa ya kimwili na kemikali, zinaweza kutengwa kwa kutumia kunereka kwa azeotropic.
- Kunereka kwa Azeotropiki hutumiwa katika tasnia ya dawa, kemikali, na polima kupata vimumunyisho kutoka kwa mikondo ya taka.
- Gesi za asidi hutolewa nje ya vijito vya gesi asilia kwa kutumia mchakato unaoitwa kunereka kwa azeotropic.
- Kutenganisha mafuta muhimu: kunereka kwa Azeotropic hutumiwa kutenganisha na kusafisha mafuta muhimu kutoka kwa vitu vya mmea.
- Uondoaji wa maji kutoka kwa vimumunyisho: kunereka kwa Azeotropic hutumiwa katika tasnia ya kemikali na dawa ili kuondoa maji kutoka kwa vimumunyisho.
Changamoto katika kunereka kwa Azeotropic
Kunereka kwa Azeotropiki ni njia nzuri ya kutenganisha michanganyiko ya azeotropiki, lakini inakuja na changamoto kadhaa ambazo lazima zishughulikiwe ili kupata matokeo bora.
Uteuzi wa Washiriki:
Katika usanisi na muundo wa dhana ya michakato ya AD, uchaguzi wa mshiriki ni muhimu sana kwa sababu huamua mpangilio wa utengano.
Mingizaji lazima atengeneze azeotrope yenye nguvu na mojawapo ya vipengele vya mchanganyiko na iwe rahisi kutenganisha kutoka kwa bidhaa unayotaka.
Chaguo la kuingiza huathiri ubora na usafi wa bidhaa, na ikiwa haijatumiwa vizuri, inaweza pia kuchafua mazingira.
Madhara ya Washiriki wa Ziada:
Kuongeza kiasi cha ziada cha kuingiza kunaweza kusababisha ongezeko la matumizi ya nishati, kwani kiingilizi cha ziada lazima kitenganishwe na bidhaa inayotaka.
Hii inaweza kuongeza gharama ya kutengeneza bidhaa na pia inaweza kupunguza ubora wake.
Katika baadhi ya matukio, ziada ya entrainer inaweza kusababisha malezi ya azeotrope ya tatu, ambayo inaweza kuwa magumu mchakato wa kujitenga.
Mkufunzi asiyetosha:
Ikiwa unatumia kiingilizi kidogo sana, bidhaa inaweza isitenganishwe kabisa au isiwe safi.
Kwa hivyo, katika kunereka kwa azeotropic, kiasi cha kuingiza kinapaswa kuboreshwa ili kiwango kinachohitajika cha kujitenga na usafi kiweze kufikiwa na kiwango kidogo cha nishati na gharama.
Jinsi Azeotropes Inafanywa:
Wakati kiingiza kinapobadilisha hali tete ya mchanganyiko wa azeotropiki, hutengeneza azeotrope ya kiwango cha juu cha kuchemsha au cha chini cha kuchemsha.
Kuongeza mshiriki kunaweza kuongeza zaidi usafi wa sehemu ya azeotropic.
Lakini ukichagua mwingiliano mwingi au mdogo sana, inaweza kubadilisha jinsi mchakato wa utengano unavyofanya kazi vizuri.
Baada ya Pointi ya Azeotropic:
Kunyunyiza mchanganyiko wa azeotropiki zaidi ya sehemu yake ya azeotropiki kunawezekana, lakini mchakato huu unatumia mbinu mbadala za utenganishaji wa gharama kubwa kama vile kunereka kwa shinikizo.
Badala ya kujaribu kupitisha hatua ya azeotropic, ni muhimu kupata kiwango sahihi cha mshiriki ili kupata utengano mzuri.
Kunereka kwa Azeotropiki kwa Mazoezi
Washiriki katika kunereka kwa Azeotropic
Kwa sababu inaweza kutengeneza azeotrope yenye kuchemsha kidogo na maji, benzene mara nyingi ilitumiwa kama kiingilizi katika kunereka kwa azeotrope.
Toluini ni bora kuliko benzene, ingawa, kwa sababu benzini inaweza kusababisha saratani.
Kiingizaji hufanya kazi vizuri ikiwa kinaweza kuunganishwa na mojawapo ya vipengele kwenye mchanganyiko wa malisho ili kutengeneza azeotrope mpya.
Hii inabadilisha tete ya jamaa ya vipengele na inafanya uwezekano wa kuwatenganisha.
Kiingilizi kinapaswa kuwa rahisi kutenganisha kutoka kwa bidhaa unayotaka, na unaweza kuirejesha kwa kukamua, kung'oa, au njia nyingine.
Katika kunereka kwa azeotropiki, athari ya kuingiza sana inategemea mfumo unaotumiwa.
Kiingilio kingi kinapoongezwa, kiasi cha nishati kinachotumiwa huongezeka kwa sababu kiingilizi cha ziada kinapaswa kutengwa na bidhaa inayotakiwa.
Hii inaweza kuongeza gharama ya kutengeneza bidhaa na pia inaweza kupunguza ubora wake.
Wakati mwingine, kuingia sana kunaweza kusababisha azeotrope ya tatu kuunda, ambayo inaweza kufanya mchakato wa kutenganisha kuwa mgumu zaidi.
Kwa upande mwingine, ikiwa unatumia kiingilizi kidogo sana, bidhaa inaweza isitenganishwe kabisa au isiwe safi.
Kwa hivyo, kiasi kinachofaa cha kuingiza kinapaswa kutumiwa kupata kiwango cha utengano na usafi unaohitajika na kiasi kidogo cha nishati na gharama.
Vimumunyisho vya kina vya eutectic (DES) vinakuwa maarufu zaidi kama viingilizi katika kunereka kwa azeotropiki kwa sababu ni bora kwa mazingira kuliko viyeyusho vya jadi.
Mchanganyiko wa Azeotropiki kama vile benzene-cyclohexane na acetonitrile-water ni rahisi kutenganishwa na DES.
DES pia inaweza kutumika katika mbinu inayoitwa " kunereka uchimbaji," ambayo ni sawa na kunereka na inahusisha kuongeza kiyeyusho ili kupata moja ya sehemu za mchanganyiko wa malisho.
Kunereka kwa Azeotropic kwa Kulinganisha na kunereka kwa mvuke
Kwa kunereka kwa mvuke, nyenzo zinazohimili joto kama vile misombo ya asili ya kunukia hutenganishwa na nyenzo za kikaboni.
Kunereka kwa Azeotropic, kwa upande mwingine, hutumiwa kutenganisha sehemu za mchanganyiko wa azeotropic.
Michanganyiko ambayo ni azeotropic ni vigumu kutenganisha na kunereka kwa jadi kwa sababu pointi zake za kuchemsha hukaa sawa na mvuke ni sawa na mchanganyiko wa kioevu.
Kwa kuwa kunereka kwa mvuke hutumiwa kutenganisha nyenzo ambazo ni nyeti kwa joto, ni vigumu kusema nini joto la azeotropic la maji na toluini ni.
Toluini na maji, kwa upande mwingine, huunda azeotrope ifikapo 84.1°C ambayo ina 22.85% ya maji na 77.15wt% toluini.
Kwa kuwa hufanya kama kiwanja kimoja, mchanganyiko wa toluini na maji na urembo huu hauwezi kutenganishwa zaidi na kunereka rahisi.
Unaweza kutenganisha mchanganyiko huu kwa kutumia kunereka kwa azeotropic na kiingilio au kunereka kwa uziduaji kwa kutengenezea.
Video: Uhamisho wa Azeotrope na Kutengana
Kidokezo: Washa kitufe cha manukuu ukihitaji. Chagua "tafsiri otomatiki" kwenye kitufe cha mipangilio, ikiwa hujui lugha ya Kiingereza. Huenda ukahitaji kubofya lugha ya video kwanza kabla ya lugha unayoipenda zaidi kupatikana kwa tafsiri.
Tumia kesi
| Inatumika katika: | Maelezo: |
|---|---|
| Kusafisha maji | Kunereka kwa Azeotropiki mara nyingi hutumiwa kusafisha maji, haswa katika tasnia ya semiconductor na vifaa vya elektroniki ambapo maji safi kabisa yanahitajika. Kwa msaada wa kuingiza, kunereka kwa azeotropic kunaweza kutengeneza maji na uchafu mdogo sana ambao unaweza kutumika katika hali nyeti. |
| Urejeshaji wa kutengenezea | Kunereka kwa Azeotropic hutumiwa kutenganisha vimumunyisho kutoka kwa mchanganyiko wa mmenyuko. Hii huruhusu vimumunyisho vya bei ghali au vigumu kupata kupatikana tena na kutumika tena. Kwa mfano, kunereka kwa azeotropiki kunaweza kutumika kutenganisha ethanoli na maji, ambayo inaweza kutumika kutengeneza nishati ya mimea au kwa madhumuni mengine ya viwanda. |
| Uchimbaji wa mafuta muhimu | Njia maarufu ya kupata mafuta muhimu kutoka kwa mimea ni kutumia kunereka kwa azeotropic. Kwa kutumia kiingizaji, kunereka kwa azeotropiki kunaweza kupata mafuta muhimu zaidi kutoka kwa mimea kuliko kunereka kwa mvuke wa jadi. Hii ina maana kwamba mafuta yatakuwa ya ubora wa juu na mavuno zaidi. |
| Utakaso wa polima | Kunereka kwa Azeotropiki kunaweza kutumika kuondoa uchafu kutoka kwa polima ambazo zinaweza kubadilisha sifa zao au jinsi zinavyofanya kazi vizuri. Kwa mfano, kunereka kwa azeotropiki kunaweza kutumika kusafisha polystyrene kwa kuondoa monoma zozote zilizobaki na uchafu mwingine ambao unaweza kubadilisha jinsi polima inavyofanya kazi. |
| Uzalishaji wa dawa | Kunereka kwa Azeotropiki mara nyingi hutumiwa kutenganisha na kusafisha mchanganyiko wa athari wakati wa utengenezaji wa dawa. Kwa mfano, kunereka kwa azeotropiki kunaweza kutumika kutenganisha na kusafisha michanganyiko ya mmenyuko katika utengenezaji wa viuavijasumu, na kusababisha bidhaa za usafi wa hali ya juu. |
Hitimisho
Kwa kumalizia, kunereka kwa azeotropiki ni njia muhimu ya kutenganisha mchanganyiko ngumu katika sehemu zao safi.
Ni zana yenye nguvu kwa wahandisi na wanasayansi kwa sababu ya uwezo wake wa kipekee wa kutengeneza vipengee safi haraka.
Lakini, kama njia yoyote ya kujitenga, ina mipaka yake na inahitaji mawazo makini juu ya utungaji wa mchanganyiko, uchaguzi wa kuingiza, na hali ya mchakato wa kufanya kazi vizuri.
Unapoendelea kuangalia uwezekano wa kunereka kwa azeotropiki, kumbuka kwamba mchakato huu sio tu changamoto ya kiufundi, lakini pia fursa ya kutatua matatizo ya ubunifu na mawazo mapya.
Ikiwa unafikiria kuhusu kunereka kwa azeotropiki kwa njia sahihi, inaweza kusababisha uvumbuzi na mawazo mapya ya uhandisi.
Kwa hivyo weka akili wazi na ujaribu vitu vipya. Kuna mengi ya chaguzi.
Shiriki kwenye...
