التقطير

التقطير ، أو التقطير الكلاسيكي أيضًا ، هو عملية فصل المواد المكونة لخليط سائل يتكون من مادتين أو أكثر منفصلتين كيميائيًا؛ وتتم عملية الفصل عن طريق الغليان الانتقائي للخليط وتكثيف الأبخرة في جهاز التقطير .

التقطير الجاف ( التحلل الحراري والتحلل الحراري ) هو تسخين المواد الصلبة لإنتاج غازات تتكثف إما إلى منتجات سائلة أو إلى منتجات صلبة. يشمل مصطلح التقطير الجاف عمليات فصل التقطير التدميري والتكسير الكيميائي ، وتفتيت جزيئات الهيدروكربون الكبيرة إلى جزيئات هيدروكربونية أصغر. علاوة على ذلك، يؤدي التقطير الجزئي إلى فصل جزئي لمكونات الخليط، والتي تنتج عن هذه العملية مكونات نقية تقريبًا؛ يحقق التقطير الجزئي أيضًا فصلًا جزئيًا للخليط لزيادة تركيزات المكونات المحددة. في أي من الطريقتين، تستغل عملية فصل التقطير الاختلافات في التقلب النسبي للمواد المكونة للخليط الساخن.

في التطبيقات الصناعية للتقطير الكلاسيكي، يستخدم مصطلح التقطير كوحدة تشغيل تحدد وتدل على عملية فصل فيزيائي، وليس تفاعلًا كيميائيًا ؛ وبالتالي فإن المنشأة الصناعية التي تنتج المشروبات المقطرة هي معمل تقطير للكحول . فيما يلي بعض تطبيقات عملية الفصل الكيميائي التي تسمى التقطير:

• تقطير المنتجات المخمرة للحصول على مشروبات كحولية تحتوي على نسبة عالية من الكحول الإيثيلي من حيث الحجم .
• تحلية المياه لإنتاج مياه صالحة للشرب وللتطبيقات الطبية والصناعية.
• تثبيت النفط الخام ، التقطير الجزئي لتقليل ضغط بخار النفط الخام، وبالتالي يكون آمنًا للتخزين والنقل، وبالتالي يقلل من حجم الانبعاثات الجوية من الهيدروكربونات المتطايرة .
• التقطير الكسري المستخدم في العمليات الوسطى لمصفاة النفط لإنتاج الوقود والمواد الخام الكيميائية لتغذية الماشية. ^{[2] [3] [4]}
• فصل الهواء بالتبريد العميق إلى الغازات المكونة له - الأكسجين والنيتروجين والأرجون - لاستخدامها كغازات صناعية .
• التخليق الكيميائي لفصل الشوائب والمواد غير المتفاعلة.

تم العثور على أدلة مبكرة على التقطير على ألواح أكادية يرجع تاريخها إلى حوالي عام  1200 قبل الميلاد تصف عمليات صناعة العطور. قدمت الألواح أدلة نصية على أن شكلًا بدائيًا مبكرًا من التقطير كان معروفًا لدى البابليين في بلاد ما بين النهرين القديمة . ^[5]

وفقًا للكيميائي البريطاني ت. فيرلي، لم يكن لدى الإغريق ولا الرومان مصطلح لوصف المفهوم الحديث للتقطير. كانت كلمات مثل "تقطير" تشير إلى شيء آخر، في معظم الحالات جزء من عملية لا علاقة لها بما يُعرف الآن بالتقطير. على حد تعبير فيرلي والمهندس الكيميائي الألماني نوربرت كوكمان على التوالي:

كانت الكلمة اللاتينية "distillo"، المشتقة من de-stillo، من stilla، أي قطرة، تشير إلى إسقاط سائل بوسائل بشرية أو اصطناعية، وكانت تُطبق على أي عملية يتم فيها فصل السائل إلى قطرات. لا يمكن التعبير عن التقطير بالمعنى الحديث إلا بطريقة غير مباشرة. ^[6]

كان للتقطير معنى أوسع في العصور القديمة والعصور الوسطى لأن جميع عمليات التنقية والفصل تقريبًا كانت تندرج تحت مصطلح التقطير ، مثل الترشيح، والتبلور، والاستخلاص، والتسامي، أو الضغط الميكانيكي للزيت. ^[7]

وفقًا للمؤرخ الكيميائي الهولندي روبرت جيه فوربس ، فإن كلمة distillare (التنقيط) عندما استخدمها الرومان، مثل سينيكا وبلينيوس الأكبر ، "لم تُستخدم أبدًا بالمعنى الذي نستخدمه اليوم". ^[8]

كان أرسطو يعلم أن الماء المتكثف من تبخر مياه البحر يكون عذبًا: ^[9]

لقد أثبتت بالتجربة أن الماء المالح يتبخر ويتحول إلى ماء عذب، والبخار لا يتكثف إلى مياه البحر مرة أخرى عندما يتكثف.

لا يمكن تسمية ترك مياه البحر تتبخر وتتكثف إلى مياه عذبة "بالتقطير" لأن التقطير يتضمن الغليان، ولكن التجربة ربما كانت خطوة مهمة نحو التقطير. ^[10]

تم العثور على أدلة مبكرة على التقطير تتعلق بالكيميائيين العاملين في الإسكندرية في مصر الرومانية في القرن الأول الميلادي. ^{[14] : 57، 89}

كان استخدام الماء المقطر مستمرًا منذ عام  200 ميلاديًا على الأقل ، عندما وصف ألكسندر أفروديسياس هذه العملية. ^{[15] [16]} واستمر العمل على تقطير السوائل الأخرى في مصر البيزنطية المبكرة تحت قيادة زوسيموس بانوبوليس في القرن الثالث.

كانت عملية التقطير تُمارس في شبه القارة الهندية القديمة ، وهو ما يتضح من أوعية التقطير والمستقبلات المصنوعة من الطين المخبوز والتي عُثر عليها في تاكسيلا ، وشيخان ديري ، وشارسادا في باكستان ، ورانغ محل في الهند والتي يعود تاريخها إلى القرون الأولى من العصر المشترك . ^{[17] [18] [19] يقول} فرانك ريموند ألتشين إن أنابيب التقطير المصنوعة من الطين هذه "صُنعت لتقليد الخيزران". ^[20] كانت " مقطرات غاندهارا " هذه قادرة فقط على إنتاج سائل ضعيف للغاية ، حيث لم تكن هناك وسيلة فعالة لجمع الأبخرة على حرارة منخفضة. ^[21]

ربما بدأت عملية التقطير في الصين في وقت مبكر خلال عهد أسرة هان الشرقية (القرنين الأول والثاني الميلاديين). ^[22]

أجرى الكيميائيون المسلمون في العصور الوسطى مثل جابر بن حيان (القرن التاسع) وأبو بكر الرازي ( 865-925 ) تجارب مكثفة على تقطير مواد مختلفة. يلعب التقطير الجزئي للمواد العضوية دورًا مهمًا في الأعمال  المنسوبة إلى جابر، مثل كتاب السبعين، الذي ترجمه جيرارد الكريموني ( حوالي  1114-1187 ) إلى اللاتينية تحت عنوان Liber de septuaginta . ^{[23] تُعَد} التجارب التي أجراها الجابريون في التقطير الكسري للمواد الحيوانية والنباتية، وبدرجة أقل أيضًا للمواد المعدنية، الموضوع الرئيسي لكتاب " عن النفس في فن الكيمياء" ، وهو عمل عربي أصلي يُنسب زورًا إلى ابن سينا ، وقد تُرجم إلى اللاتينية، واستمر في تشكيل أهم مصدر كيميائي لروجر بيكون ( حوالي  1220-1292 ). ^[24]

تم إثبات تقطير النبيذ في الأعمال العربية المنسوبة إلى الكندي ( حوالي  801-873 م ) والفارابي ( حوالي 872-950  م )، وفي الكتاب الثامن والعشرين من كتاب التصريف للزهراوي (باللاتينية: Abulcasis، 936-1013) ( تُرجم لاحقًا إلى اللاتينية باسم Liber servatoris ). ^[25] في القرن الثاني عشر، بدأت وصفات إنتاج aqua ardens ("الماء المحترق"، أي الإيثانول) عن طريق تقطير النبيذ بالملح في الظهور في عدد من الأعمال اللاتينية، وبحلول نهاية القرن الثالث عشر أصبحت مادة معروفة على نطاق واسع بين الكيميائيين في أوروبا الغربية. ^[26] تصف أعمال تاديو ألديروتي (1223-1296) طريقة لتركيز الكحول تتضمن التقطير المتكرر من خلال جهاز تقطير مبرد بالماء، والذي يمكن من خلاله الحصول على نقاء كحول بنسبة 90%. ^[27]

بدأت عملية تقطير المشروبات في عهد أسرة سونغ الجنوبية (القرنين العاشر والثالث عشر) وأسرة جين (القرنين الثاني عشر والثالث عشر)، وفقًا للأدلة الأثرية. ^[22] تم العثور على جهاز تقطير في موقع أثري في تشينغلونغ، مقاطعة خبي ، الصين، يعود تاريخه إلى القرن الثاني عشر. كانت المشروبات المقطرة شائعة خلال عهد أسرة يوان (القرنين الثالث عشر والرابع عشر). ^[22]

في عام 1500، نشر الكيميائي الألماني هيرونيموس برونشويج كتاب فن التقطير من مكونات بسيطة ( Liber de arte distillandi de simplicibus )، ^[28] وهو أول كتاب مخصص فقط لموضوع التقطير، تلاه في عام 1512 نسخة موسعة منه. بعد ذلك مباشرة، في عام 1518، تأسست أقدم معمل تقطير في أوروبا، معمل تقطير جرين تري . ^[29]

في عام 1651، نشر جون فرينش كتاب فن التقطير ، ^[30] وهو أول كتاب إنجليزي كبير عن هذه الممارسة، ولكن هناك من يزعم ^[31] أن الكثير من هذا الكتاب مستمد من عمل برونشويج. ويتضمن هذا الكتاب مخططات بها أشخاص يظهرون المقياس الصناعي وليس المقياس العملي للعملية.

مع تطور الخيمياء إلى علم الكيمياء ، أصبحت الأوعية المسماة بالأنبوبات تستخدم في عمليات التقطير. كل من الأنبوبات والأنابيب هي أشكال من الأواني الزجاجية ذات أعناق طويلة تشير إلى الجانب بزاوية لأسفل لتكون بمثابة مكثفات مبردة بالهواء لتكثيف المقطر وتركه يقطر لأسفل للتجميع. في وقت لاحق، تم اختراع الأنبيبات النحاسية. غالبًا ما كانت الوصلات المثبتة بإحكام باستخدام مخاليط مختلفة، على سبيل المثال عجينة مصنوعة من دقيق الجاودار. ^[32] غالبًا ما تتميز هذه الأنبيبات بنظام تبريد حول المنقار، باستخدام الماء البارد، على سبيل المثال، مما جعل تكثيف الكحول أكثر كفاءة. كانت تسمى هذه الأواني بالأنبوبات . اليوم، تم استبدال الأنبوبات والأنابيب بالأنبوبات إلى حد كبير بطرق تقطير أكثر كفاءة في معظم العمليات الصناعية. ومع ذلك، لا يزال وعاء التقطير يستخدم على نطاق واسع في تحضير بعض الكحوليات الفاخرة، مثل الكونياك ، والويسكي الاسكتلندي ، والويسكي الأيرلندي ، والتكيلا ، والروم ، والكاشاكا ، وبعض أنواع الفودكا . كما يستخدم المهربون في بلدان مختلفة أواني التقطير المصنوعة من مواد مختلفة (الخشب، والطين، والفولاذ المقاوم للصدأ) . كما تُباع أواني التقطير الصغيرة لاستخدامها في الإنتاج المحلي ^[33] لماء الزهرة أو الزيوت العطرية .

كانت الأشكال المبكرة للتقطير تتضمن عمليات دفعية باستخدام عملية تبخير واحدة وتكاثف واحدة. وتم تحسين النقاء من خلال المزيد من التقطير للمكثف. وتمت معالجة أحجام أكبر ببساطة عن طريق تكرار التقطير. ويقال إن الكيميائيين أجروا ما يصل إلى 500 إلى 600 عملية تقطير من أجل الحصول على مركب نقي. ^[34]

في أوائل القرن التاسع عشر، تم تطوير أساسيات التقنيات الحديثة، بما في ذلك التسخين المسبق والارتداد . [ ^34] في عام 1822، طور أنتوني بيرييه أحد أوائل أجهزة التقطير المستمرة، ثم في عام 1826، قام روبرت شتاين بتحسين هذا التصميم لجعل جهاز التقطير الخاص به حاصلًا على براءة اختراع . في عام 1830، حصل إينياس كوفي على براءة اختراع لتحسين التصميم بشكل أكبر. ^[35] يمكن اعتبار جهاز التقطير المستمر الخاص بكوفي نموذجًا أوليًا لوحدات البتروكيماويات الحديثة. طور المهندس الفرنسي أرماند سافال منظم البخار الخاص به حوالي عام 1846. ^{[14] : 323} في عام 1877، حصل إرنست سولفاي على براءة اختراع أمريكية لعمود صينية لتقطير الأمونيا ، ^[36] وشهدت نفس السنوات والسنوات اللاحقة تطورات في هذا الموضوع للزيوت والمشروبات الروحية.

مع ظهور الهندسة الكيميائية كتخصص في نهاية القرن التاسع عشر، أصبح من الممكن تطبيق الأساليب العلمية بدلاً من التجريبية. وقد وفرت صناعة البترول النامية في أوائل القرن العشرين الزخم لتطوير أساليب تصميم دقيقة، مثل طريقة مكابي-ثيلي التي وضعها إرنست ثيلي ومعادلة فينسكي . افتُتح أول مصنع صناعي في الولايات المتحدة يستخدم التقطير كوسيلة لتحلية مياه المحيطات في فريبورت بولاية تكساس عام 1961 على أمل تحقيق الأمن المائي في المنطقة. ^[37] سمح توفر أجهزة الكمبيوتر القوية بإجراء محاكاة حاسوبية مباشرة لأعمدة التقطير.

يمكن تقسيم تطبيق التقطير تقريبًا إلى أربع مجموعات: التقطير على نطاق المختبر، والتقطير الصناعي، وتقطير الأعشاب لصناعة العطور والأدوية ( مقطرات الأعشاب )، ومعالجة الأغذية. يختلف الأخيران بشكل واضح عن السابقين في أن التقطير لا يُستخدم كطريقة تنقية حقيقية ولكن لنقل جميع المواد المتطايرة من المواد المصدرية إلى المقطر في معالجة المشروبات والأعشاب.

الفرق الرئيسي بين التقطير على نطاق المختبر والتقطير الصناعي هو أن التقطير على نطاق المختبر يتم غالبًا على أساس الدفعات، بينما يحدث التقطير الصناعي غالبًا بشكل مستمر. في التقطير على دفعات ، يتغير تكوين المادة المصدر وأبخرة مركبات التقطير والمقطر أثناء التقطير. في التقطير على دفعات، يتم شحن (تزويد) جهاز التقطير بدفعة من خليط التغذية، والتي يتم فصلها بعد ذلك إلى كسور مكوناتها، والتي يتم جمعها بشكل متسلسل من الأكثر تطايرًا إلى الأقل تطايرًا، مع إزالة القيعان - الجزء المتبقي الأقل أو غير المتطاير - في النهاية. يمكن بعد ذلك إعادة شحن جهاز التقطير وتكرار العملية.

في التقطير المستمر ، يتم الحفاظ على المواد المصدرية والأبخرة والمقطرات بتركيبة ثابتة من خلال تجديد المواد المصدرية بعناية وإزالة الكسور من كل من البخار والسائل في النظام. يؤدي هذا إلى التحكم بشكل أكثر تفصيلاً في عملية الفصل.

نقطة غليان السائل هي درجة الحرارة التي يصبح عندها ضغط بخار السائل مساويًا للضغط المحيط بالسائل، مما يسمح بتكوين الفقاعات دون أن تتكسر. وهناك حالة خاصة وهي نقطة الغليان العادية ، حيث يصبح ضغط بخار السائل مساويًا للضغط الجوي المحيط .

من المفاهيم الخاطئة أنه في خليط سائل عند ضغط معين، يغلي كل مكون عند نقطة الغليان المقابلة للضغط المعطى، مما يسمح لأبخرة كل مكون بالتجمع بشكل منفصل ونقيًا. ومع ذلك، لا يحدث هذا، حتى في نظام مثالي. تخضع النماذج المثالية للتقطير بشكل أساسي لقانون راؤول وقانون دالتون وتفترض تحقيق توازن البخار والسائل .

ينص قانون راؤول على أن ضغط بخار المحلول يعتمد على 1) ضغط بخار كل مكون كيميائي في المحلول و2) جزء المحلول الذي يشكله كل مكون، والمعروف أيضًا باسم الكسر المولي . ينطبق هذا القانون على المحاليل المثالية ، أو المحاليل التي تحتوي على مكونات مختلفة ولكن تفاعلاتها الجزيئية هي نفسها أو مشابهة جدًا للمحاليل النقية.

ينص قانون دالتون على أن الضغط الكلي هو مجموع الضغوط الجزئية لكل مكون فردي في الخليط. عندما يتم تسخين سائل متعدد المكونات، يرتفع ضغط بخار كل مكون، مما يتسبب في ارتفاع ضغط البخار الكلي. عندما يصل ضغط البخار الكلي إلى الضغط المحيط بالسائل، يحدث الغليان ويتحول السائل إلى غاز في جميع أنحاء السائل. يحتوي الخليط ذو التركيبة المحددة على نقطة غليان واحدة عند ضغط معين عندما تكون المكونات قابلة للذوبان بشكل متبادل. لا يحتوي الخليط ذو التركيب الثابت على نقاط غليان متعددة.

إن أحد الآثار المترتبة على نقطة الغليان الواحدة هو أن المكونات الأخف وزناً لا "تغلي أولاً" بشكل نظيف. فعند نقطة الغليان، تغلي جميع المكونات المتطايرة، ولكن بالنسبة للمكون، تكون نسبته في البخار مساوية لنسبته من إجمالي ضغط البخار. تتمتع المكونات الأخف وزناً بضغط جزئي أعلى، وبالتالي، تتركز في البخار، ولكن المكونات المتطايرة الأثقل وزناً لها أيضاً ضغط جزئي (أصغر) وتتبخر بالضرورة أيضاً، وإن كان ذلك بتركيز أقل في البخار. والواقع أن التقطير على دفعات والتجزئة ينجحان من خلال تغيير تركيبة الخليط. ففي التقطير على دفعات، تتبخر الدفعة، مما يغير تركيبها؛ وفي التجزئة، يحتوي السائل الأعلى في عمود التجزئة على المزيد من الضوء ويغلي عند درجات حرارة أقل. وبالتالي، فبدءاً من خليط معين، يبدو أن له نطاق غليان بدلاً من نقطة غليان، على الرغم من أن هذا يرجع إلى تغير تركيبه: فكل خليط وسيط له نقطة غليان خاصة به.

النموذج المثالي دقيق في حالة السوائل المتشابهة كيميائيًا، مثل البنزين والتولوين . وفي حالات أخرى، تُلاحظ انحرافات شديدة عن قانون راؤول وقانون دالتون، وأشهرها في خليط الإيثانول والماء. تشكل هذه المركبات، عند تسخينها معًا، حالة أزيوتروبية ، وهي عندما تحتوي الطور البخاري والطور السائل على نفس التركيبة. وعلى الرغم من وجود طرق حسابية يمكن استخدامها لتقدير سلوك خليط من المكونات التعسفية، فإن الطريقة الوحيدة للحصول على بيانات دقيقة لتوازن البخار والسائل هي عن طريق القياس.

لا يمكن تنقية خليط من المكونات بشكل كامل عن طريق التقطير، حيث يتطلب هذا أن يكون لكل مكون في الخليط ضغط جزئي يساوي صفرًا . إذا كان الهدف هو الحصول على منتجات فائقة النقاء، فيجب تطبيق المزيد من الفصل الكيميائي . عندما يتبخر خليط ثنائي ويكون المكون الآخر، مثل الملح، ضغطه الجزئي يساوي صفرًا لأغراض عملية، تكون العملية أبسط.

يؤدي تسخين خليط مثالي من مادتين متطايرتين، A وB، بحيث يكون للمادة A درجة تطاير أعلى، أو نقطة غليان أقل، في نظام التقطير الدفعي (كما هو الحال في جهاز موضح في الشكل الافتتاحي) حتى يغلي الخليط إلى بخار فوق السائل يحتوي على خليط من A وB. ستكون النسبة بين A وB في البخار مختلفة عن النسبة في السائل. سيتم تحديد النسبة في السائل من خلال كيفية تحضير الخليط الأصلي، بينما سيتم إثراء النسبة في البخار بالمركب الأكثر تطايرًا، A (بسبب قانون راؤول، انظر أعلاه). يمر البخار عبر المكثف ويتم إزالته من النظام. وهذا بدوره يعني أن نسبة المركبات في السائل المتبقي تختلف الآن عن النسبة الأولية (أي أكثر إثراءً في B من السائل الأولي).

النتيجة هي أن النسبة في الخليط السائل تتغير، وتصبح أكثر ثراءً بالمكون B. وهذا يتسبب في ارتفاع نقطة غليان الخليط، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة في البخار، مما يؤدي إلى تغيير نسبة A : B في الطور الغازي (مع استمرار التقطير، توجد نسبة متزايدة من B في الطور الغازي). وهذا يؤدي إلى تغيير بطيء في نسبة A : B في المقطر.

إذا كان الفرق في ضغط البخار بين المكونين A وB كبيرًا - يُعبر عنه عمومًا بالفرق في نقاط الغليان - فإن الخليط في بداية التقطير يكون غنيًا للغاية بالمكون A، وعندما يتم تقطير المكون A، يتم إثراء السائل المغلي بالمكون B.

التقطير المستمر هو تقطير مستمر يتم فيه تغذية خليط سائل بشكل مستمر (دون انقطاع) في العملية وإزالة الكسور المنفصلة بشكل مستمر مع حدوث تيارات الإخراج بمرور الوقت أثناء العملية. ينتج التقطير المستمر حدًا أدنى من كسرين للإخراج، بما في ذلك على الأقل جزء مقطر متطاير ، والذي تم غليه وتم التقاطه بشكل منفصل كبخار ثم تكثيفه إلى سائل. يوجد دائمًا جزء سفلي (أو بقايا)، وهو أقل البقايا تطايرًا والتي لم يتم التقاطها بشكل منفصل كبخار مكثف.

تختلف التقطير المستمر عن التقطير بالدفعات من حيث أن التركيزات لا ينبغي أن تتغير بمرور الوقت. يمكن تشغيل التقطير المستمر في حالة ثابتة لمدة زمنية عشوائية. بالنسبة لأي مادة مصدرية ذات تركيبة محددة، فإن المتغيرات الرئيسية التي تؤثر على نقاء المنتجات في التقطير المستمر هي نسبة الارتداد وعدد مراحل التوازن النظرية، والتي يتم تحديدها عمليًا من خلال عدد الصواني أو ارتفاع التعبئة. الارتداد هو تدفق من المكثف إلى العمود مرة أخرى، مما يولد إعادة تدوير تسمح بفصل أفضل مع عدد معين من الصواني. مراحل التوازن هي خطوات مثالية حيث تحقق التركيبات توازنًا بين البخار والسائل، وتكرار عملية الفصل والسماح بفصل أفضل مع وجود نسبة ارتداد. قد يحتوي العمود ذو نسبة الارتداد العالية على عدد أقل من المراحل، ولكنه يرتجع كمية كبيرة من السائل، مما يعطي عمودًا عريضًا مع تأخير كبير. وعلى العكس من ذلك، يجب أن يحتوي العمود ذو نسبة الارتداد المنخفضة على عدد كبير من المراحل، وبالتالي يتطلب عمودًا أطول.

يمكن تحسين التقطير المستمر والدفعي باستخدام عمود تجزئة أعلى قارورة التقطير. يعمل العمود على تحسين عملية الفصل من خلال توفير مساحة سطح أكبر لتلامس البخار والمكثف. يساعد هذا على الحفاظ على التوازن لأطول فترة ممكنة. يمكن أن يتكون العمود أيضًا من أنظمة فرعية صغيرة (صواني أو أطباق) تحتوي جميعها على خليط سائل غني ومغلي، وكلها تتمتع بتوازن بخار-سائل خاص بها.

هناك اختلافات بين أعمدة التجزئة على نطاق المختبر والأعمدة على نطاق الصناعة، ولكن المبادئ هي نفسها. تشمل أمثلة أعمدة التجزئة على نطاق المختبر (في زيادة الكفاءة) ما يلي:

• مكثف الهواء
• عمود فيجرو (عادة ما يكون بمقياس مختبري فقط)
• عمود معبأ (معبأ بخرز زجاجي أو قطع معدنية أو مواد كيميائية خاملة أخرى)
• نظام التقطير بالشريط الدوار .

تُجرى عمليات التقطير على نطاق المختبرات بشكل حصري تقريبًا على شكل عمليات تقطير على دفعات. يتكون الجهاز المستخدم في التقطير، والذي يُشار إليه أحيانًا باسم جهاز التقطير ، على الأقل من مرجل إعادة أو وعاء يتم فيه تسخين المادة المصدرية، ومكثف يتم فيه تبريد البخار الساخن مرة أخرى إلى الحالة السائلة ، وجهاز استقبال يتم فيه جمع السائل المركز أو المنقى، والذي يسمى المقطر. توجد عدة تقنيات للتقطير على نطاق المختبرات (انظر أيضًا أنواع التقطير ).

قد يتعرض جهاز التقطير المغلق تمامًا لضغط داخلي شديد ومتغير بسرعة، مما قد يتسبب في انفجاره عند المفاصل. لذلك، عادةً ما يتم ترك بعض المسارات مفتوحة (على سبيل المثال، عند القارورة المستقبلة) للسماح للضغط الداخلي بالتعادل مع الضغط الجوي. بدلاً من ذلك، يمكن استخدام مضخة تفريغ للحفاظ على الجهاز عند ضغط أقل من الضغط الجوي. إذا كانت المواد المعنية حساسة للهواء أو الرطوبة، فيمكن إجراء الاتصال بالغلاف الجوي من خلال أنبوب تجفيف واحد أو أكثر معبأ بمواد تنظف مكونات الهواء غير المرغوب فيها، أو من خلال فقاعات توفر حاجز سائل متحرك. أخيرًا، يمكن منع دخول مكونات الهواء غير المرغوب فيها عن طريق ضخ تدفق منخفض ولكن ثابت من الغاز الخامل المناسب، مثل النيتروجين ، إلى الجهاز.

في التقطير البسيط، يتم توجيه البخار على الفور إلى مكثف. وبالتالي، فإن المقطر ليس نقيًا بل إن تركيبته مطابقة لتركيب الأبخرة عند درجة الحرارة والضغط المحددين. يتبع هذا التركيز قانون راؤول .

ونتيجة لذلك، فإن التقطير البسيط يكون فعالاً فقط عندما تختلف نقاط غليان السائل بشكل كبير (القاعدة العامة هي 25 درجة مئوية) ^[38] أو عند فصل السوائل عن المواد الصلبة غير المتطايرة أو الزيوت. وفي هذه الحالات، تكون ضغوط بخار المكونات مختلفة عادةً بما يكفي بحيث يكون المقطر نقيًا بدرجة كافية للغرض المقصود منه.

يظهر على اليمين مخطط مقطعي لعملية تقطير بسيطة. يتم تسخين السائل الأولي 15 في قارورة الغليان 2 بواسطة صفيحة ساخنة ومحرك مغناطيسي 13 عبر حمام زيت السيليكون (برتقالي، 14). يتدفق البخار عبر عمود Vigreux قصير 3، ثم عبر مكثف Liebig 5، ويتم تبريده بالماء (أزرق) الذي يدور عبر المنفذين 6 و7. يقطر السائل المكثف في قارورة الاستقبال 8، الموجودة في حمام تبريد (أزرق، 16). يحتوي المحول 10 على اتصال 9 يمكن تركيبه على مضخة تفريغ. يتم توصيل المكونات بمفاصل زجاجية أرضية .

في كثير من الحالات، ستكون نقاط غليان المكونات في الخليط قريبة بدرجة كافية بحيث يجب أخذ قانون راؤول في الاعتبار. لذلك، يجب استخدام التقطير الكسري لفصل المكونات من خلال دورات تبخر وتكثيف متكررة داخل عمود تجزئة معبأ. يُشار إلى هذا الفصل، عن طريق التقطير المتتالي، أيضًا باسم التصحيح. ^[39]

مع تسخين المحلول المراد تنقيته، ترتفع أبخرته إلى عمود التجزئة . ومع ارتفاعه، يبرد، ويتكثف على جدران المكثف وأسطح مادة التعبئة. هنا، يستمر تسخين المكثف بواسطة الأبخرة الساخنة المتصاعدة؛ يتبخر مرة أخرى. ومع ذلك، يتم تحديد تركيبة الأبخرة الطازجة مرة أخرى بواسطة قانون راؤول. ستنتج كل دورة تبخر-تكثيف (تسمى اللوحة النظرية ) محلولًا أنقى للمكون الأكثر تطايرًا. ^[40] في الواقع، لا تحدث كل دورة عند درجة حرارة معينة في نفس الموضع تمامًا في عمود التجزئة؛ وبالتالي فإن اللوحة النظرية هي مفهوم وليس وصفًا دقيقًا.

تؤدي المزيد من الألواح النظرية إلى فصل أفضل. يستخدم نظام التقطير بالشريط الدوار شريطًا دوارًا من التفلون أو المعدن لإجبار الأبخرة الصاعدة على الاتصال الوثيق بالمكثف الهابط، مما يزيد من عدد الألواح النظرية. ^[41]

مثل التقطير الفراغي ، فإن التقطير بالبخار هو طريقة لتقطير المركبات الحساسة للحرارة. ^{[1] : 151–153} تكون درجة حرارة البخار أسهل في التحكم من سطح عنصر التسخين وتسمح بمعدل مرتفع من نقل الحرارة دون تسخين عند درجة حرارة عالية جدًا. تتضمن هذه العملية تدفق البخار عبر خليط ساخن من المواد الخام. وفقًا لقانون راؤول، يتبخر بعض المركب المستهدف (وفقًا لضغطه الجزئي). يتم تبريد خليط البخار وتكثيفه، مما ينتج عنه عادةً طبقة من الزيت وطبقة من الماء.

يمكن أن يؤدي التقطير بالبخار للعديد من الأعشاب والزهور العطرية إلى إنتاج منتجين: زيت عطري ومقطر عشبي مائي . غالبًا ما تُستخدم الزيوت العطرية في صناعة العطور والعلاج بالروائح بينما تُستخدم المقطرات المائية في العديد من التطبيقات في العلاج بالروائح ومعالجة الأغذية والعناية بالبشرة .

تتمتع بعض المركبات بنقاط غليان عالية جدًا. ولغلي مثل هذه المركبات، غالبًا ما يكون من الأفضل خفض الضغط الذي تغلي عنده هذه المركبات بدلًا من زيادة درجة الحرارة. وبمجرد خفض الضغط إلى ضغط بخار المركب (عند درجة الحرارة المحددة)، يمكن أن تبدأ عملية الغليان وبقية عملية التقطير. يشار إلى هذه التقنية باسم التقطير الفراغي وهي شائعة الاستخدام في المختبر في شكل المبخر الدوار .

تعتبر هذه التقنية مفيدة أيضًا للمركبات التي تغلي إلى ما بعد درجة حرارة تحللها عند الضغط الجوي، والتي من الممكن أن تتحلل نتيجة لأي محاولة لغليها تحت الضغط الجوي.

التقطير الجزيئي هو التقطير الفراغي تحت ضغط 0.01 تور . 0.01 تور هو مرتبة واحدة من حيث الحجم فوق الفراغ العالي ، حيث تكون السوائل في نظام التدفق الجزيئي الحر ، أي أن متوسط ​​المسار الحر للجزيئات قابل للمقارنة بحجم المعدات. لم تعد الطور الغازي يمارس ضغطًا كبيرًا على المادة المراد تبخيرها، وبالتالي لم يعد معدل التبخر يعتمد على الضغط. وهذا يعني أنه نظرًا لأن افتراضات الاستمرارية لديناميكا الموائع لم تعد تنطبق، فإن نقل الكتلة يحكمه الديناميكا الجزيئية بدلاً من ديناميكا الموائع. وبالتالي، فإن المسار القصير بين السطح الساخن والسطح البارد ضروري، عادةً عن طريق تعليق صفيحة ساخنة مغطاة بغشاء من التغذية بجوار صفيحة باردة مع وجود خط رؤية بينهما. يستخدم التقطير الجزيئي صناعيًا لتنقية الزيوت.

التقطير ذو المسار القصير هو تقنية تقطير تتضمن انتقال المقطر لمسافة قصيرة، غالبًا بضعة سنتيمترات فقط، ويتم ذلك عادةً عند ضغط منخفض. ^{[1] : 150} سيكون أحد الأمثلة الكلاسيكية هو التقطير الذي يتضمن انتقال المقطر من لمبة زجاجية إلى أخرى، دون الحاجة إلى مكثف يفصل بين الغرفتين. غالبًا ما تُستخدم هذه التقنية للمركبات غير المستقرة في درجات الحرارة العالية أو لتنقية كميات صغيرة من المركب. الميزة هي أن درجة حرارة التسخين يمكن أن تكون أقل بكثير (عند ضغط منخفض) من نقطة غليان السائل عند الضغط القياسي، ولا يتعين على المقطر أن يقطع سوى مسافة قصيرة قبل التكثيف. يضمن المسار القصير فقدان القليل من المركب على جوانب الجهاز. جهاز Kugelrohr هو نوع من طرق التقطير ذات المسار القصير والتي غالبًا ما تحتوي على غرف متعددة لجمع كسور المقطر.

تتمتع بعض المركبات بنقاط غليان عالية فضلاً عن كونها حساسة للهواء . يمكن استخدام نظام تقطير فراغي بسيط كما هو موضح أعلاه، حيث يتم استبدال الفراغ بغاز خامل بعد اكتمال التقطير. ومع ذلك، يعد هذا النظام أقل إرضاءً إذا رغب المرء في جمع الكسور تحت ضغط منخفض. للقيام بذلك، يمكن إضافة محول "بقرة" أو "خنزير" إلى نهاية المكثف، أو للحصول على نتائج أفضل أو للمركبات شديدة الحساسية للهواء، يمكن استخدام جهاز مثلث بيركن .

يحتوي مثلث بيركن على وسائل عبر سلسلة من الصنابير الزجاجية أو المصنوعة من التيفلون للسماح بعزل الكسور عن بقية المقطرة ، دون إزالة الجسم الرئيسي للتقطير من الفراغ أو مصدر الحرارة، وبالتالي يمكن أن يظل في حالة ارتداد . للقيام بذلك، يتم عزل العينة أولاً من الفراغ بواسطة الصنابير، ثم يتم استبدال الفراغ فوق العينة بغاز خامل (مثل النيتروجين أو الأرجون ) ويمكن بعد ذلك سدها وإزالتها. يمكن بعد ذلك إضافة وعاء تجميع جديد إلى النظام، وإخلائه وربطه مرة أخرى بنظام التقطير عبر الصنابير لجمع جزء ثانٍ، وهكذا، حتى يتم جمع جميع الكسور.

التقطير النطاقي هو عملية تقطير في وعاء طويل مع ذوبان جزئي للمادة المكررة في منطقة السائل المتحركة وتكثيف البخار في الطور الصلب عند سحب المكثف في المنطقة الباردة. يتم تنفيذ العملية نظريًا. عندما يتحرك سخان المنطقة من أعلى إلى أسفل الحاوية، يتشكل مكثف صلب مع توزيع غير منتظم للشوائب. بعد ذلك، يمكن استخراج الجزء الأكثر نقاءً من المكثف كمنتج. يمكن تكرار العملية عدة مرات عن طريق نقل (بدون دوران) المكثف المستلم إلى الجزء السفلي من الحاوية في مكان المادة المكررة. يزداد توزيع الشوائب غير المنتظم في المكثف (أي كفاءة التنقية) مع عدد التكرارات. التقطير النطاقي هو نظير التقطير لإعادة التبلور النطاقي. يتم وصف توزيع الشوائب في المكثف بمعادلات معروفة لإعادة التبلور النطاقي - مع استبدال معامل التوزيع k للتبلور - لعامل الفصل α للتقطير. ^{[42] [43] [44]}

يمكن طرد الغاز غير القابل للتكثيف من الجهاز بواسطة بخار المذيب المشترك المتطاير نسبيًا، والذي يتبخر تلقائيًا أثناء الضخ الأولي، ويمكن تحقيق ذلك باستخدام مضخة زيت عادية أو مضخة غشاء. ^{[45] [46]}

• تتضمن عملية التقطير التفاعلي استخدام وعاء التفاعل كمقطر. في هذه العملية، يكون المنتج عادةً في درجة غليان أقل بكثير من المتفاعلات. نظرًا لأن المنتج يتكون من المتفاعلات، فإنه يتبخر ويتم إزالته من خليط التفاعل. هذه التقنية هي مثال على عملية مستمرة مقابل عملية دفعات؛ تتضمن المزايا وقت تعطل أقل لشحن وعاء التفاعل بالمادة الأولية، وقليل من العمل. يمكن تصنيف التقطير "على المتفاعل" على أنه تقطير تفاعلي. يستخدم عادةً لإزالة الشوائب المتطايرة من تغذية التقطير. على سبيل المثال، يمكن إضافة القليل من الجير لإزالة ثاني أكسيد الكربون من الماء متبوعًا بتقطير ثانٍ مع إضافة القليل من حمض الكبريتيك لإزالة آثار الأمونيا.
• التقطير التحفيزي هو العملية التي يتم من خلالها تحفيز المتفاعلات أثناء التقطير لفصل النواتج عن المتفاعلات بشكل مستمر. تُستخدم هذه الطريقة لمساعدة تفاعلات التوازن على الوصول إلى الاكتمال.
• التبخير النفاذ هو طريقة لفصل مخاليط السوائل عن طريق التبخير الجزئي من خلال غشاء غير مسامي .
• يتم تعريف التقطير الاستخلاصي على أنه التقطير في وجود مكون قابل للامتزاج، عالي الغليان، وغير متطاير نسبيًا، وهو المذيب، والذي لا يشكل أي أزيوتروب مع المكونات الأخرى في الخليط.
• التبخر السريع (أو التبخر الجزئي) هو التبخر الجزئي الذي يحدث عندما يتعرض تيار سائل مشبع لانخفاض في الضغط عن طريق المرور عبر صمام الاختناق أو جهاز الاختناق الآخر. هذه العملية هي واحدة من أبسط عمليات الوحدة، وهي تعادل التقطير بمرحلة توازن واحدة فقط.
• التقطير المشترك هو التقطير الذي يتم إجراؤه على مخاليط لا يختلط فيها المركبان. في المختبر، يتم استخدام جهاز دين-ستارك لهذا الغرض لإزالة الماء من منتجات التخليق. جهاز بليدنر هو مثال آخر مع مذيبين مرتدين.
• التقطير الغشائي هو نوع من التقطير يتم فيه تمرير أبخرة خليط يتم فصله عبر غشاء، والذي يتخلل بشكل انتقائي أحد مكونات الخليط. فرق ضغط البخار هو القوة الدافعة. له تطبيقات محتملة في تحلية مياه البحر وإزالة المكونات العضوية وغير العضوية.

يمكن أيضًا تسمية عملية التبخر الوحدوية بـ "التقطير":

• في عملية التبخير الدوراني، يتم استخدام جهاز التقطير الفراغي لإزالة المذيبات السائبة من العينة. وعادةً ما يتم توليد الفراغ بواسطة شفاط مياه أو مضخة غشاء .
• في جهاز كوجلروهر، يتم استخدام جهاز تقطير المسار القصير عادةً (عادةً بالاشتراك مع فراغ (عالي)) لتقطير المركبات عالية الغليان (>300 درجة مئوية). يتكون الجهاز من فرن يوضع فيه المركب المراد تقطيره، وجزء استقبال يقع خارج الفرن، ووسيلة لتدوير العينة. يتم توليد الفراغ عادةً باستخدام مضخة فراغ عالية.

استخدامات أخرى:

• التقطير الجاف أو التقطير التدميري ، على الرغم من الاسم، ليس تقطيرًا حقيقيًا، بل هو تفاعل كيميائي يُعرف باسم التحلل الحراري حيث يتم تسخين المواد الصلبة في جو خامل أو مختزل ويتم جمع أي كسور متطايرة تحتوي على سوائل عالية الغليان ومنتجات التحلل الحراري. التقطير التدميري للخشب للحصول على الميثانول هو جذر اسمه الشائع - كحول الخشب .
• التقطير بالتجميد هو طريقة مماثلة للتطهير باستخدام التجميد بدلاً من التبخر. إنه ليس تقطيرًا حقيقيًا، ولكنه إعادة تبلور حيث يكون المنتج هو السائل الأم ، ولا ينتج منتجات معادلة للتقطير. تُستخدم هذه العملية في إنتاج بيرة الجليد ونبيذ الجليد لزيادة محتوى الإيثانول والسكر على التوالي. كما تُستخدم أيضًا لإنتاج مشروب التفاح . على عكس التقطير، يركز التقطير بالتجميد على المواد المتجانسة السامة بدلاً من إزالتها؛ ونتيجة لذلك، تحظر العديد من البلدان مثل هذا المشروب كإجراء صحي. أيضًا، يمكن للتقطير بالتبخير فصل هذه المواد نظرًا لاختلاف نقاط غليانها.
• التقطير بالترشيح: في الخيمياء والكيمياء المبكرة، والمعروفة أيضًا باسم الفلسفة الطبيعية، كان أحد أشكال "التقطير" بالترشيح الشعري يُعرف باسم شكل التقطير في ذلك الوقت. وفي هذا، توضع سلسلة من الكؤوس أو الأوعية على دعامة متدرجة مع "فتيل" من القطن أو مادة تشبه اللباد، والتي تم ترطيبها بالماء أو سائل صافٍ مع كل خطوة تقطر لأسفل عبر القماش المبلل من خلال الخاصية الشعرية في الخطوات التالية، مما يخلق "تنقية" للسائل، وترك المواد الصلبة وراءها في الأوعية العلوية وتنقية المنتج التالي من خلال الخاصية الشعرية من خلال القماش المبلل. وقد أطلق على هذا "التقطير" بالترشيح من قبل أولئك الذين يستخدمون الطريقة.

إن التفاعلات بين مكونات المحلول تخلق خصائص فريدة للمحلول، حيث أن معظم العمليات تستلزم مخاليط غير مثالية، حيث لا ينطبق قانون راؤول . يمكن أن تؤدي مثل هذه التفاعلات إلى أزيوتروب ثابت الغليان يتصرف كما لو كان مركبًا نقيًا (أي يغلي عند درجة حرارة واحدة بدلاً من نطاق). في الأزيوتروب، يحتوي المحلول على المكون المحدد بنفس نسبة البخار، بحيث لا يغير التبخر النقاء، ولا تؤدي التقطير إلى الفصل. على سبيل المثال، يشكل 95.6٪ من الإيثانول (بالكتلة) في الماء أزيوتروبًا عند 78.1 درجة مئوية.

إذا لم يُعتبر الأزيوتروب نقيًا بدرجة كافية للاستخدام، فهناك بعض التقنيات لكسر الأزيوتروب للحصول على مقطر أكثر نقاءً. تُعرف هذه التقنيات باسم التقطير الأزيوتروبي . تحقق بعض التقنيات ذلك عن طريق "القفز" فوق التركيب الأزيوتروبي (عن طريق إضافة مكون آخر لإنشاء أزيوتروب جديد، أو عن طريق تغيير الضغط). تعمل تقنيات أخرى عن طريق إزالة الشوائب أو عزلها كيميائيًا أو فيزيائيًا. على سبيل المثال، لتنقية الإيثانول بما يتجاوز 95٪، يمكن إضافة عامل تجفيف (أو مادة ماصة ، مثل كربونات البوتاسيوم ) لتحويل الماء القابل للذوبان إلى ماء غير قابل للذوبان من التبلور . غالبًا ما تُستخدم المناخل الجزيئية لهذا الغرض أيضًا.

السوائل غير القابلة للامتزاج ، مثل الماء والتولوين ، تشكل بسهولة أزيوتروبات. وعادةً ما يشار إلى هذه الأزيوتروبات باسم أزيوتروب منخفض الغليان لأن نقطة غليان الأزيوتروب أقل من نقطة غليان أي من المكونين النقيين. ويمكن التنبؤ بسهولة بدرجة حرارة وتركيب الأزيوتروب من ضغط بخار المكونات النقية، دون استخدام قانون راؤول. ويمكن كسر الأزيوتروب بسهولة في جهاز التقطير باستخدام فاصل سائل-سائل (قارورة) لفصل طبقتي السائل المتكثفتين في الأعلى. يتم إرجاع طبقة واحدة فقط من الطبقتين السائلتين إلى جهاز التقطير.

توجد أيضًا أزيوتروبات عالية الغليان، مثل خليط من حمض الهيدروكلوريك في الماء بنسبة 20% من حيث الوزن. وكما يوحي الاسم، فإن نقطة غليان الأزيوتروب أكبر من نقطة غليان أي من المكونين النقيين.

تتداخل نقاط غليان المكونات في الأزيوتروب لتكوين شريط. من خلال تعريض الأزيوتروب للفراغ أو الضغط الإيجابي، من الممكن تحيز نقطة غليان أحد المكونات بعيدًا عن الآخر من خلال استغلال منحنيات ضغط البخار المختلفة لكل منهما؛ قد تتداخل المنحنيات عند النقطة الأزيوتروبية، ولكن من غير المرجح أن تظل متطابقة على طول محور الضغط إلى أي من جانبي النقطة الأزيوتروبية. عندما يكون التحيز كبيرًا بما يكفي، لم تعد نقطتا الغليان تتداخلان وبالتالي يختفي الشريط الأزيوتروبي.

يمكن أن تؤدي هذه الطريقة إلى إزالة الحاجة إلى إضافة مواد كيميائية أخرى إلى عملية التقطير، ولكنها تنطوي على عيبين محتملين.

تحت الضغط السلبي، هناك حاجة إلى الطاقة لمصدر الفراغ، وتتطلب نقاط الغليان المنخفضة للمقطرات تشغيل المكثف بشكل أكثر برودة لمنع فقدان أبخرة المقطرة إلى مصدر الفراغ. غالبًا ما تتطلب متطلبات التبريد المتزايدة طاقة إضافية وربما معدات جديدة أو تغيير سائل التبريد.

وبدلاً من ذلك، إذا كانت هناك حاجة إلى ضغوط إيجابية، فلا يمكن استخدام الأواني الزجاجية القياسية، ويجب استخدام الطاقة للضغط وهناك فرصة أكبر لحدوث تفاعلات جانبية في التقطير، مثل التحلل، بسبب درجات الحرارة الأعلى المطلوبة لإحداث الغليان.

تعتمد عملية التقطير أحادية الاتجاه على تغير الضغط في اتجاه واحد، سواء كان موجبًا أو سالبًا.

التقطير باستخدام الضغط المتأرجح هو في الأساس نفس التقطير أحادي الاتجاه المستخدم لكسر المخاليط الأزيوتروبية، ولكن هنا يمكن استخدام الضغوط الإيجابية والسلبية .

يؤدي هذا إلى تحسين انتقائية التقطير ويسمح للكيميائي بتحسين التقطير من خلال تجنب الضغوط ودرجات الحرارة الشديدة التي تهدر الطاقة. وهذا مهم بشكل خاص في التطبيقات التجارية.

ومن الأمثلة على تطبيق التقطير تحت الضغط المتأرجح أثناء التنقية الصناعية لأسيتات الإيثيل بعد تصنيعها تحفيزيًا من الإيثانول .

تتضمن تطبيقات التقطير الصناعي واسع النطاق كلاً من التقطير المستمر على دفعات، والتقطير الجزئي، والتقطير الفراغي، والتقطير الأزيوتروبي، والتقطير الاستخلاصي، والتقطير بالبخار. التطبيقات الصناعية الأكثر استخدامًا للتقطير الجزئي المستمر في الحالة الثابتة هي في مصافي البترول ، ومصانع البتروكيماويات والكيميائيات ، ومصانع معالجة الغاز الطبيعي .

للتحكم في مثل هذه التقطير الصناعي وتحسينها، تم إنشاء طريقة معملية موحدة، ASTM D86. تمتد طريقة الاختبار هذه إلى التقطير الجوي لمنتجات البترول باستخدام وحدة تقطير دفعات معملية لتحديد خصائص نطاق غليان منتجات البترول كميًا.

يتم إجراء التقطير الصناعي ^{[39] [47]} عادةً في أعمدة أسطوانية كبيرة ورأسية تُعرف باسم أبراج التقطير أو أعمدة التقطير بأقطار تتراوح من حوالي 0.65 إلى 16 مترًا (2 قدم 2 بوصة إلى 52 قدمًا 6 بوصة) وارتفاعات تتراوح من حوالي 6 إلى 90 مترًا (20 إلى 295 قدمًا) أو أكثر. عندما يكون لتغذية العملية تركيبة متنوعة، كما هو الحال في تقطير النفط الخام ، تسمح منافذ السائل على فترات أعلى العمود بسحب كسور أو منتجات مختلفة لها نقاط غليان أو نطاقات غليان مختلفة. تخرج المنتجات "الأخف" (تلك ذات أدنى نقطة غليان) من أعلى الأعمدة وتخرج المنتجات "الأثقل" (تلك ذات أعلى نقطة غليان) من أسفل العمود وغالبًا ما تسمى القيعان.

تستخدم الأبراج الصناعية عملية الارتداد لتحقيق فصل أكثر اكتمالاً للمنتجات. يشير مصطلح الارتداد إلى جزء من المنتج السائل المكثف العلوي من برج التقطير أو التجزئة الذي يتم إعادته إلى الجزء العلوي من البرج كما هو موضح في الرسم التخطيطي لبرج تقطير صناعي نموذجي واسع النطاق. داخل البرج، يوفر السائل الارتداد المتدفق للأسفل التبريد والتكثيف للأبخرة المتدفقة لأعلى وبالتالي زيادة كفاءة برج التقطير. كلما زاد الارتداد المقدم لعدد معين من الألواح النظرية ، كان فصل البرج للمواد ذات الغليان المنخفض عن المواد ذات الغليان الأعلى أفضل. بدلاً من ذلك، كلما زاد الارتداد المقدم لفصل مرغوب معين، قل عدد الألواح النظرية المطلوبة. يجب على المهندسين الكيميائيين اختيار مزيج معدل الارتداد وعدد الألواح المناسبين اقتصاديًا وجسديًا للمنتجات المنقاة في عمود التقطير.

تُستخدم أبراج التجزئة الصناعية هذه أيضًا في فصل الهواء بالتبريد العميق ، لإنتاج الأكسجين السائل والنيتروجين السائل والأرجون عالي النقاء . كما يتيح تقطير الكلوروسيلان إنتاج السيليكون عالي النقاء لاستخدامه كأشباه موصلات .

يعتمد تصميم وتشغيل برج التقطير على التغذية والمنتجات المرغوبة. في حالة التغذية البسيطة المكونة من مكونين ثنائيين، يمكن استخدام طرق تحليلية مثل طريقة McCabe-Thiele ^{[39] [48]} أو معادلة Fenske ^{[39] . بالنسبة للتغذية متعددة المكونات، تُستخدم نماذج} المحاكاة لكل من التصميم والتشغيل. علاوة على ذلك، تكون كفاءة أجهزة اتصال البخار بالسائل (المشار إليها باسم "الألواح" أو "الصواني") المستخدمة في أبراج التقطير أقل عادةً من كفاءة مرحلة التوازن النظرية ذات الكفاءة 100٪ . وبالتالي، يحتاج برج التقطير إلى صواني أكثر من عدد مراحل التوازن النظرية بين البخار والسائل. وقد تم طرح مجموعة متنوعة من النماذج لتقدير كفاءة الصواني.

في الاستخدامات الصناعية الحديثة، يتم استخدام مادة تعبئة في العمود بدلاً من الصواني عندما تكون هناك حاجة إلى انخفاض الضغط عبر العمود. العوامل الأخرى التي تفضل التعبئة هي: أنظمة الفراغ، والأعمدة ذات القطر الأصغر، والأنظمة المسببة للتآكل، والأنظمة المعرضة للرغوة، والأنظمة التي تتطلب احتجازًا منخفضًا للسوائل، والتقطير على دفعات. وعلى العكس من ذلك، فإن العوامل التي تفضل الأعمدة اللوحية هي: وجود مواد صلبة في التغذية، ومعدلات سائل عالية، وأقطار أعمدة كبيرة، وأعمدة معقدة، وأعمدة ذات تباين كبير في تكوين التغذية، وأعمدة ذات تفاعل كيميائي، وأعمدة امتصاص، وأعمدة محدودة بتسامح وزن الأساس، ومعدل سائل منخفض، ونسبة انحدار كبيرة وتلك العمليات المعرضة لارتفاعات في العملية.

يمكن أن تكون مادة التعبئة هذه إما تعبئة عشوائية أو مملوءة (عرضها 25-76 ملم (1-3 بوصات)) مثل حلقات راشيج أو صفائح معدنية منظمة . تميل السوائل إلى تبليل سطح التعبئة وتمر الأبخرة عبر هذا السطح المبلل، حيث يحدث انتقال الكتلة . على عكس التقطير التقليدي بالصواني حيث تمثل كل صينية نقطة منفصلة لتوازن البخار والسائل، فإن منحنى توازن البخار والسائل في عمود معبأ يكون مستمرًا. ومع ذلك، عند نمذجة الأعمدة المعبأة، من المفيد حساب عدد من "المراحل النظرية" للإشارة إلى كفاءة فصل العمود المعبأ فيما يتعلق بالصواني الأكثر تقليدية. تحتوي العبوات ذات الأشكال المختلفة على مساحات سطح مختلفة ومساحة فراغ بين العبوات. يؤثر كلا العاملين على أداء التعبئة.

هناك عامل آخر بالإضافة إلى شكل التعبئة ومساحة السطح الذي يؤثر على أداء التعبئة العشوائية أو المنظمة وهو توزيع السائل والبخار الداخل إلى السرير المعبأ. يتم حساب عدد المراحل النظرية المطلوبة لإجراء فصل معين باستخدام نسبة بخار إلى سائل محددة. إذا لم يتم توزيع السائل والبخار بالتساوي عبر منطقة البرج السطحية أثناء دخوله إلى السرير المعبأ، فلن تكون نسبة السائل إلى البخار صحيحة في السرير المعبأ ولن يتم تحقيق الفصل المطلوب. سيبدو أن التعبئة لا تعمل بشكل صحيح. سيكون الارتفاع المكافئ للوحة النظرية (HETP) أكبر من المتوقع. المشكلة ليست التعبئة نفسها ولكن سوء توزيع السوائل الداخلة إلى السرير المعبأ. سوء توزيع السائل هو المشكلة في كثير من الأحيان أكثر من البخار. يعد تصميم موزعي السوائل المستخدمة لإدخال التغذية والارتداد إلى السرير المعبأ أمرًا بالغ الأهمية لجعل التعبئة تعمل بأقصى قدر من الكفاءة. يمكن العثور على طرق تقييم فعالية موزع السوائل لتوزيع السائل الداخل إلى السرير المعبأ بالتساوي في المراجع. ^{[50] [51]} تم إنجاز قدر كبير من العمل حول هذا الموضوع بواسطة Fractionation Research, Inc. (المعروفة باسم FRI). ^[52]

الهدف من التقطير متعدد التأثيرات هو زيادة كفاءة الطاقة في العملية، لاستخدامها في تحلية المياه، أو في بعض الحالات في مرحلة واحدة من إنتاج المياه فائقة النقاء . يتناسب عدد التأثيرات عكسياً مع رقم كيلووات ساعة/م ³ من المياه المستردة ويشير إلى حجم المياه المستردة لكل وحدة طاقة مقارنة بالتقطير أحادي التأثير. يبلغ أحد التأثيرات تقريبًا 636 كيلووات ساعة/م ³ :

• يمكن للتقطير الفوري متعدد المراحل تحقيق أكثر من 20 تأثيرًا مع إدخال الطاقة الحرارية، كما هو مذكور في المقال.
• التبخير الناتج عن ضغط البخار - يمكن للوحدات التجارية واسعة النطاق تحقيق حوالي 72 تأثيرًا باستخدام الطاقة الكهربائية، وفقًا للمصنعين.

هناك العديد من الأنواع الأخرى من عمليات التقطير متعددة التأثيرات، بما في ذلك ما يشار إليه ببساطة باسم التقطير متعدد التأثيرات (MED)، حيث يتم استخدام غرف متعددة، مع مبادلات حرارية متداخلة.

يتم السماح للمواد النباتية المحتوية على الكربوهيدرات بالتخمر، مما ينتج عنه محلول مخفف من الإيثانول في هذه العملية. يتم تحضير المشروبات الروحية مثل الويسكي والروم عن طريق تقطير هذه المحاليل المخففة من الإيثانول. يتم تجميع المكونات الأخرى غير الإيثانول، بما في ذلك الماء والإسترات والكحوليات الأخرى، في المكثف، والتي تشكل نكهة المشروب. يتم بعد ذلك تخزين بعض هذه المشروبات في براميل أو حاويات أخرى للحصول على المزيد من مركبات النكهة والنكهات المميزة.

• 
  في بداياتها، استخدمت الكيمياء الأنابيب كمعدات مخبرية مخصصة لعمليات التقطير فقط.
• 
  طريقة بسيطة لتقطير التولوين الجاف الخالي من الأكسجين .
• 
  رسم تخطيطي لعمود التقطير الفراغي على نطاق صناعي والذي يستخدم عادة في مصافي النفط
• 
  يتمكن المبخر الدوراني من تقطير المذيبات بشكل أسرع عند درجات حرارة منخفضة من خلال استخدام الفراغ .
• 
  التقطير باستخدام جهاز شبه مجهري. يزيل التصميم الخالي من الوصلات الحاجة إلى تركيب القطع معًا. تسمح القارورة ذات الشكل الكمثري بإزالة آخر قطرة من البقايا، مقارنة بقارورة ذات قاع مستدير بنفس الحجم . يمنع حجم التخزين الصغير الخسائر. يتم استخدام "خنزير" لتوجيه المقطرات المختلفة إلى ثلاث قوارير استقبال. إذا لزم الأمر، يمكن إجراء التقطير تحت الفراغ باستخدام محول الفراغ الموجود في الخنزير.

• التقطير الجوي للنفط الخام
• كليسوس
• استخلاص العطر
• التقطير على درجة حرارة منخفضة
• معمل تقطير صغير
• التسامي
• حلقات ديكسون
• تعبئة الأعمدة العشوائية

• ألتشين، ف.ر. (مارس 1979). "الهند: الموطن القديم للتقطير؟". مان . 14 (1): 55-63. doi :10.2307/2801640. JSTOR  2801640.
• جيانكوبليس، كريستي جون (2003). مبادئ عمليات النقل وعمليات الفصل (الطبعة الرابعة). برنتيس هول. رقم ISBN 978-0-13-101367-4.
• نيدهام، جوزيف (1980). العلم والحضارة في الصين. مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 0-521-08573-X . 

• تقطير الكحول
• دراسة حالة: تقطير البترول
• "بيانات التوازن الثنائي للبخار والسائل" (قاعدة بيانات قابلة للبحث) . مركز معلومات أبحاث الهندسة الكيميائية . تم الاسترجاع في 5 مايو 2007 .