تطبيق آلة التقطير ذات المسار القصير ذات الغشاء الممسوح

مقدمة
تُعدّ تقنية الفصل إحدى التقنيات الرئيسية الثلاث في إنتاج المواد الكيميائية. ولعملية الفصل تأثير كبير على جودة المنتج وكفاءته واستهلاكه وربحيته. تُستخدم آلة التقطير ذات المسار القصير المُحَرَّكة ميكانيكيًا والمُشغَّلة بالتفلون (TFE) لفصل المواد بناءً على تطايرها. تتميز هذه الآلة بمعامل نقل حرارة عالٍ، ودرجة حرارة تبخير منخفضة، وزمن بقاء قصير للمادة، وكفاءة حرارية عالية، وكثافة تبخير عالية. وتُستخدم على نطاق واسع في صناعات البتروكيماويات، والمواد الكيميائية الدقيقة، والمواد الكيميائية الزراعية، والأغذية، والأدوية، والهندسة الكيميائية الحيوية، لإجراء عمليات التبخير، والتركيز، وإزالة المذيبات، والتنقية، والتجريد بالبخار، وإزالة الغازات، وإزالة الروائح، وغيرها.

يُعدّ جهاز التقطير قصير المسار مُبخرًا جديدًا وفعالًا يُمكنه إجراء عملية التبخير بالغشاء الرقيق المتساقط تحت ظروف الفراغ، حيث يتم تكوين الغشاء قسرًا بواسطة مُطبِّق الغشاء الدوّار، ويتميز بسرعة تدفق عالية، وكفاءة عالية في نقل الحرارة، وزمن إقامة قصير (حوالي 5-15 ثانية). كما يتميز بمعامل نقل حرارة عالٍ، وقوة تبخير عالية، وزمن تدفق قصير، ومرونة تشغيل كبيرة، مما يجعله مناسبًا بشكل خاص لتركيز المواد الحساسة للحرارة، والمواد عالية اللزوجة، والمواد سهلة التبلور والجسيمات، عن طريق التبخير، وإزالة الغازات، وإزالة المذيبات، والتقطير، والتنقية. يتكون الجهاز من أسطوانة واحدة أو أكثر مزودة بأغلفة تسخين، ومُطبِّق غشاء دوّار داخل الأسطوانة. يقوم مُطبِّق الغشاء بكشط المواد المغذية باستمرار لتكوين غشاء سائل متجانس على سطح التسخين، ثم يدفعها إلى الأسفل، وخلال هذه العملية تتبخر المكونات ذات درجات الغليان المنخفضة، وتُصرَّف مخلفاتها من أسفل المُبخر.

ثانيًا: خصائص الأداء
• انخفاض ضغط الفراغ المنخفض:
عندما ينتقل الغاز المتبخر للمواد من سطح التسخين إلى المكثف الخارجي، ينشأ فرق ضغط معين. في المبخرات التقليدية، يكون انخفاض الضغط (Δp) عادةً مرتفعًا نسبيًا، وقد يصل أحيانًا إلى درجة غير مقبولة. في المقابل، تتميز آلة التقطير ذات المسار القصير بمساحة غاز أكبر، حيث يكون ضغطها مساويًا تقريبًا لضغط المكثف؛ لذا، يكون انخفاض الضغط ضئيلًا، ويمكن أن تصل درجة الفراغ إلى ≤1 باسكال.
• درجة حرارة تشغيل منخفضة:
بفضل هذه الخاصية، يمكن إجراء عملية التبخير في ظروف فراغ عالية. ومع ازدياد درجة الفراغ، تنخفض درجة غليان المواد بسرعة. وبالتالي، يمكن إجراء العملية عند درجة حرارة أقل، مما يقلل من التحلل الحراري للمنتج.
• وقت تسخين قصير:
بفضل التصميم الفريد لآلة التقطير ذات المسار القصير وآلية ضخ طبقة الفيلم، يكون زمن بقاء المواد في المبخر قصيرًا؛ إضافةً إلى ذلك، فإن الاضطراب السريع لطبقة الفيلم في المبخر الساخن يمنع المنتج من البقاء على سطح المبخر. لذلك، فهي مناسبة بشكل خاص لتبخير المواد الحساسة للحرارة.

• كثافة تبخر عالية:
يؤدي انخفاض درجة غليان المواد إلى زيادة فرق درجة حرارة الوسط المُسخَّن؛ كما أن وظيفة مُطبِّق الغشاء تُقلِّل من سُمك الغشاء السائل في حالة الاضطراب، مما يُقلِّل المقاومة الحرارية. في الوقت نفسه، تُثبِّط هذه العملية تكتل المواد وتراكمها على سطح التسخين، وتُصاحبها عملية تبادل حراري جيدة، مما يزيد من مُعامل انتقال الحرارة الكلي للمُبَخِّر.

• مرونة تشغيلية كبيرة:
بفضل خصائصه الفريدة، فإن جهاز التبخير ذو الغشاء الكاشط مناسب لمعالجة المواد الحساسة للحرارة التي تتطلب تبخيرًا سلسًا وثابتًا، والمواد عالية اللزوجة التي تزداد لزوجتها بشكل كبير مع زيادة التركيز، حيث أن عملية التبخير فيه سلسة وثابتة.

كما أنه مناسب لتبخير وتقطير المواد التي تحتوي على جزيئات أو في حالات التبلور والبلمرة والتلوث.

ثالثًا: مجالات التطبيق
يُستخدم المبخر ذو الغشاء الكاشط على نطاق واسع في مشاريع التبادل الحراري. فهو يُساعد على التبادل الحراري للمواد الحساسة للحرارة (لفترة قصيرة على وجه الخصوص)، ويمكنه تقطير المنتجات المعقدة بفضل وظائفه المتعددة.
تم استخدام جهاز التبخير ذو الغشاء الكاشط للتركيز عن طريق التبخير، وإزالة المذيبات، والتجريد بالبخار، والتفاعل، وإزالة الغازات، وإزالة الروائح (إزالة التهوية)، وما إلى ذلك في المجالات التالية، وقد حقق نتائج جيدة:

الطب الصيني التقليدي والطب الغربي: المضادات الحيوية، شراب السكر، عشبة إله الرعد، عشبة الأستراغالوس وغيرها من الأعشاب، ميثيل إيميدازول، أمين النتريل الأحادي وغيرها من المواد الوسيطة؛

الأطعمة الصناعية الخفيفة: العصير، والمرق، والأصباغ، والخلاصات، والعطور، والزيمين، وحمض اللاكتيك، والزيلوز، وسكر النشا، وسوربات البوتاسيوم، إلخ.

الزيوت والمواد الكيميائية اليومية: الليسيثين، فيتامين هـ، زيت كبد الحوت، حمض الأوليك، الجلسرين، الأحماض الدهنية، زيت التشحيم المستعمل، ألكيل بولي جليكوسيدات، كبريتات إيثر الكحول، إلخ.

الراتنجات الاصطناعية: راتنجات البولي أميد، راتنجات الإيبوكسي، البارافورمالديهايد، PPS (إسترات سيباسيت البولي بروبيلين)، PBT، إسترات حمض الفورميك الأليل، إلخ.

الألياف الاصطناعية: PTA، DMT، ألياف الكربون، بولي تتراهيدروفوران، بولي إيثر بوليولات، إلخ.

البتروكيمياء: TDI، MDI، ثلاثي ميثيل هيدروكينون، ثلاثي ميثيلول بروبان، هيدروكسيد الصوديوم، إلخ.

المبيدات البيولوجية: أسيتوكلور، ميتولاكلور، كلوربيريفوس، فيوران فينول، كلومازون، مبيدات حشرية، مبيدات أعشاب، مبيدات عث، إلخ.

مياه الصرف الصحي: مياه الصرف الصحي المالحة غير العضوية.