التقلب النسبي

التقلب النسبي هو مقياس يقارن ضغوط بخار مكونات خليط سائل من المواد الكيميائية. يُستخدم هذا المقياس على نطاق واسع في تصميم عمليات التقطير الصناعية الكبيرة. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} وهو في الواقع يُشير إلى سهولة أو صعوبة استخدام التقطير لفصل المكونات الأكثر تطايرًا عن المكونات الأقل تطايرًا في الخليط. ويُشار إلى التقلب النسبي عادةً بالرمز Δσ.${\displaystyle \alpha }$.

تُستخدم التقلبات النسبية في تصميم جميع أنواع عمليات التقطير بالإضافة إلى عمليات الفصل أو الامتصاص الأخرى التي تتضمن تلامس أطوار البخار والسائل في سلسلة من مراحل التوازن .

لا يتم استخدام التقلبات النسبية في عمليات الفصل أو الامتصاص التي تتضمن تفاعل المكونات مع بعضها البعض (على سبيل المثال، امتصاص ثاني أكسيد الكربون الغازي في المحاليل المائية لهيدروكسيد الصوديوم ).

بالنسبة لمزيج سائل مكون من عنصرين (يسمى مزيجًا ثنائيًا ) عند درجة حرارة وضغط معينين ، يُعرَّف التقلب النسبي على النحو التالي :

${\displaystyle \alpha ={\frac {(y_{i}/x_{i})}{(y_{j}/x_{j})}}=K_{i}/K_{j}}$

أين:
${\displaystyle \alpha }$	= التقلب النسبي للمكون الأكثر تقلبًا${\displaystyle i}$إلى المكون الأقل تطايرًا${\displaystyle j}$
${\displaystyle y_{i}}$	= الكسر المولي للمكون عند التوازن بين البخار والسائل${\displaystyle i}$في الحالة البخارية
${\displaystyle x_{i}}$	= الكسر المولي للمكون عند التوازن بين البخار والسائل${\displaystyle i}$في الحالة السائلة
${\displaystyle y_{j}}$	= تركيز التوازن بين البخار والسائل للمكون${\displaystyle j}$في الحالة البخارية
${\displaystyle x_{j}}$	= تركيز التوازن بين البخار والسائل للمكون${\displaystyle j}$في الحالة السائلة
${\displaystyle (y/x)}$	= ثابت قانون هنري (يسمى أيضًا قيمة K أو نسبة توزيع البخار والسائل ) للمكون

عندما تتساوى تراكيزها السائلة، يكون للمكونات الأكثر تطايرًا ضغط بخاري أعلى من المكونات الأقل تطايرًا. وبالتالي، فإن ${\displaystyle K}$القيمة (=${\displaystyle y/x}$) بالنسبة للمكون الأكثر تقلبًا يكون أكبر من${\displaystyle K}$قيمة لمكون أقل تقلبًا. هذا يعني أن${\displaystyle \alpha }$≥ 1 لأن الأكبر${\displaystyle K}$قيمة المكون الأكثر تقلباً موجودة في البسط، أما المكون الأصغر فهو في البسط.${\displaystyle K}$يوجد جزء من المكون الأقل تقلباً في المقام.

${\displaystyle \alpha }$هي كمية بلا وحدة. عندما تتساوى تقلبات كلا المكونين الرئيسيين،${\displaystyle \alpha }$= 1، وسيكون فصل المادتين بالتقطير مستحيلاً في ظل الظروف المعطاة لأن تركيب الطور السائل والطور البخاري متطابق ( مزيج أزيوتروبي ). وقيمة${\displaystyle \alpha }$عندما تتجاوز النسبة 1، يصبح الفصل بالتقطير أسهل تدريجياً.

يُطلق على المزيج السائل الذي يحتوي على مكونين اسم المزيج الثنائي. عند تقطير المزيج الثنائي، نادرًا ما يتم فصل المكونين تمامًا. عادةً، يتكون الجزء العلوي من عمود التقطير في الغالب من المكون الأكثر تطايرًا وكمية قليلة من المكون الأقل تطايرًا، بينما يتكون الجزء السفلي في الغالب من المكون الأقل تطايرًا وكمية قليلة من المكون الأكثر تطايرًا.

يُطلق على الخليط السائل الذي يحتوي على العديد من المكونات اسم الخليط متعدد المكونات. عند تقطير هذا الخليط، عادةً ما يحتوي كل من الجزء العلوي والجزء السفلي على أكثر من مكون أو مكونين. على سبيل المثال، بعض المنتجات الوسيطة في مصفاة النفط هي مخاليط سائلة متعددة المكونات قد تحتوي على هيدروكربونات الألكان والألكين والألكاين ، بدءًا من الميثان (ذرة كربون واحدة) وصولًا إلى الديكانات ( عشر ذرات كربون ) . ولتقطير مثل هذا الخليط، قد يُصمم برج التقطير (على سبيل المثال) لإنتاج:

• جزء علوي يحتوي في الغالب على المكونات الأكثر تطايرًا والتي تتراوح من الميثان (الذي يحتوي على ذرة كربون واحدة) إلى البروبان (الذي يحتوي على ثلاث ذرات كربون).
• جزء سفلي يحتوي في الغالب على المكونات الأقل تطايرًا والتي تتراوح من الإيزوبيوتان (الذي يحتوي على أربع ذرات كربون) إلى الديكانات (عشر ذرات كربون).

يُطلق على عمود التقطير هذا عادةً اسم جهاز إزالة البروبان.

يُحدد المصمم المكونات الرئيسية التي تحكم تصميم الفصل، حيث يُطلق على البروبان اسم المكون الخفيف (LK)، وعلى الإيزوبيوتان اسم المكون الثقيل (HK) . في هذا السياق، يُقصد بالمكون الأخف مكون ذو درجة غليان منخفضة (أو ضغط بخاري مرتفع)، بينما يُقصد بالمكون الأثقل مكون ذو درجة غليان مرتفعة (أو ضغط بخاري منخفض).

وبالتالي، بالنسبة لتقطير أي خليط متعدد المكونات، غالبًا ما يتم تعريف التقلب النسبي على النحو التالي:

${\displaystyle \alpha ={\frac {(y_{LK}/x_{LK})}{(y_{HK}/x_{HK})}}=K_{LK}/K_{HK}}$

نادراً ما يتم إجراء التقطير الصناعي على نطاق واسع إذا كانت نسبة التقلب النسبي أقل من 1.05. ^{[ 2 ]}

قيم${\displaystyle K}$تم ربطها تجريبياً أو نظرياً من حيث درجة الحرارة والضغط وتراكيب الطور في شكل معادلات أو جداول أو رسوم بيانية مثل مخططات دي بريستر المعروفة . ^{[ 4 ]}

${\displaystyle K}$تُستخدم القيم على نطاق واسع في تصميم أعمدة التقطير واسعة النطاق لتقطير الخلائط متعددة المكونات في مصافي النفط، ومصانع البتروكيماويات والمواد الكيميائية ، ومصانع معالجة الغاز الطبيعي وغيرها من الصناعات.

• التقطير المستمر – شكل من أشكال التقطير 
• التقطير التجزيئي – فصل خليط إلى مكوناته 
• التقطير الفراغي – طريقة التقطير تحت ضغط منخفض ودرجة حرارة منخفضة 
• عمود التجزئة – معدات لفصل السوائل بالتقطير. صفحات تعرض وصفًا موجزًا ​​لأهداف إعادة التوجيه. 
• مخطط الأطوار – مخطط يُستخدم لإظهار الظروف التي تحدث فيها الأطوار الفيزيائية للمادة 
• الصفيحة النظرية – مرحلة افتراضية للمادة 
• طريقة مكابي-ثيلي – تقنية الهندسة الكيميائية 
• معادلة فينسكي – معادلة تُستخدم في الهندسة الكيميائية 
• التبخر الوميضي §  التبخر الوميضي المتوازن لسائل متعدد المكونات
• التقلب (الكيمياء) - ميل المادة إلى التبخر 

• نظرية التقطير بقلم إيفار ج. هالفورسن وسيجورد سكوجيستاد، الجامعة النرويجية للعلوم والتكنولوجيا (انتقل إلى: 2.2.3 قيم K والتقلب النسبي)
• مبادئ التقطير بقلم مينغ تي ثام، جامعة نيوكاسل أبون تاين (انتقل لأسفل إلى قسم التقلب النسبي)