מה ההבדל בין זיקוק לזיקוק מולקולרי

זיקוק וזיקוק מולקולריברור שהם שונים בעקרון, בציוד וביישום.

עִקָרוֹן: זיקוק היא טכנולוגיית הפרדת נוזלים מסורתית, המבוססת על ההבדל בין נקודות הרתיחה של חומרים שונים. באופן ספציפי, זיקוק הוא שיטה להפרדת רכיבים שונים על ידי חימום תערובת נוזלית ואיידוי, ולאחר מכן עיבוי האדים לנוזל. הזיקוק משתמש בהפרש של נקודות הרתיחה כדי להפריד בין חומרים, ולכן אפקט הזיקוק טוב יותר עבור תערובות בעלות נקודות רתיחה גדולות.

טכנולוגיית זיקוק מולקולרי היא טכנולוגיית הפרדת נוזלים מתקדמת יותר, המבוססת על ההבדל בין הנתיב החופשי הממוצע של תנועה מולקולרית של חומרים שונים.זיקוק מולקולרי ניתן להפעיל בלחץ נמוך מאוד, כך שהחומר לא קל להתחמצן ולפגוע. בנוסף, קרום הזיקוק של הזיקוק המולקולרי דק מאוד, בעל יעילות העברת חום גבוהה ויכול להשלים את הפרדת החומרים תוך זמן קצר. מכיוון שזיקוק מולקולרי מבוסס על ההבדל בין נתיבים חופשיים של תנועה מולקולרית, הוא יכול גם להשיג הפרדה יעילה עבור תערובות בעלות נקודות רתיחה קטנות.

רכיבי ציוד: ציוד הזיקוק פשוט יחסית במבנה ומורכב בעיקר מתא חימום ותא אידוי. מבנה הציוד של מערכת הזיקוק המולקולרי מורכב, המורכב מלוח חימום, מאייד, מעבה, משאבת ואקום וכן הלאה.

יישום: הזיקוק משמש בעיקר להפרדת תערובות בעלות נקודות רתיחה גבוהות, כגון פירוק נפט. מכונת זיקוק מולקולרית מתאימה במיוחד להפרדה של חומרים בעלי נקודת רתיחה גבוהה, רגישות לחום וחמצון קל, כמו כמה תרכובות פולימריות, חומצות אמינו ואנטיביוטיקה.

נקודת רתיחה של מגיבים נפוצים

• מים (H2O), נקודת רתיחה 100 מעלות: מים הם מגיב חיוני בתגובות כימיות רבות. לדוגמה, תגובת נטרול חומצה-בסיס, תגובת חיזור ותגובת הידרוליזה כולן זקוקות למים כדי להשתתף.
• אתנול (C2H5OH, נקודת רתיחה 78.5 מעלות): אתנול הוא ממס אורגני בשימוש נרחב בתעשיות התרופות, הקוסמטיקה והמזון. זה גם מגיב של כמה תגובות חשובות, כגון אסטריפיקציה, אטריפיקציה וקטליזה חומצית.
• אמוניה (NH3), נקודת רתיחה-33.3 C: אמוניה היא גז חסר צבע בעל ריח חזק, שיש לו יישומים חשובים בייצור דשנים, חומרי קירור וחומרי ניקוי. זהו גם חומר גלם חשוב לסינתזה של תרכובות אחרות, כגון חנקה והכנת מלחי אמוניום.
• חמצן (O2), נקודת רתיחה-183 C: חמצן הוא גז מולקולרי פעיל ביותר, הממלא תפקיד חשוב בסינתזה אורגנית ובתהליכים ביולוגיים. לדוגמה, גם תגובות חמצון וגם תגובות הפחתה דורשות השתתפות של חמצן.
• אזיד נתרן (NaN3), נקודת רתיחה בערך 250 מעלות : אזיד נתרן הוא תרכובת אנאורגנית חשובה, שניתן להשתמש בה להכנת תרכובות אחרות, כגון אזיד ותרכובות אמינו. זהו גם חומר הנפץ הכימי העיקרי בכרית אוויר פסיבית אוויר.
• פחמן דו חמצני (CO2), נקודת רתיחה-78.5 C: CO2 הוא גז הקיים באופן נרחב בטבע וממלא תפקיד חשוב בתהליכים ביולוגיים ובסביבה. לדוגמה, הוא משתתף בנשימה, בפוטוסינתזה ובתגובת חומצה-בסיס.

הנתיב החופשי הממוצע של תנועה מולקולרית של חומר מתייחס למרחק הממוצע שמולקולות יכולות לעבור בחופשיות בין התנגשויות בגז או נוזל. זהו פרמטר חשוב לתיאור האינטראקציה והעברת האנרגיה בין מולקולות.

גורמים המשפיעים על הנתיב החופשי הממוצע של תנועה מולקולרית של חומר

1. קוטר מולקולרי: ככל שהקוטר המולקולרי גדול יותר, כך סיכויי התנגשות גדולים יותר והנתיב הפנוי קטן יותר. להיפך, הקוטר המולקולרי קטן והנתיב החופשי גדול יחסית.

2. ריכוז מולקולרי: עם עליית הריכוז המולקולרי עולה תדירות ההתנגשות בין מולקולות והנתיב החופשי קטן יחסית.

3. טמפרטורה: עם עליית הטמפרטורה, האנרגיה הקינטית הממוצעת של מולקולות עולה, מהירות התנועה המולקולרית עולה, תדירות ההתנגשות של מולקולות עולה, והנתיב החופשי קטן יחסית.

4. תכונות בינוניות: לאינטראקציה בין מולקולות בתווך יש השפעה על הנתיב החופשי הממוצע של תנועה מולקולרית. לדוגמה, בנוזל עם אינטראקציה חזקה, המשיכה הבין מולקולרית גדולה והנתיב החופשי קטן.

בתהליך שלזיקוק מולקולרי, הנתיב החופשי הממוצע של תנועה מולקולרית של חומר ישפיע על השפעת ההפרדה שלו מהתערובת. באופן כללי, קל יותר להפריד חומרים עם מסלול חופשי ממוצע קטן יותר של תנועה מולקולרית, מכיוון שהאינטראקציה הבין-מולקולרית שלהם חלשה והנתיב החופשי הממוצע של תנועה מולקולרית גדול, כך שקל יותר "לברוח" משטח הנוזל ולהיכנס לתוך שלב האדים, ובמקביל קל יותר לעבות אותם מחדש בקבל. לכן, בזיקוק מולקולרי, באופן כללי, קל יותר להפריד חומרים בעלי משקל מולקולרי נמוך ונקודת רתיחה נמוכה.

מולקולות המתאימות להפרדה יעילה בשיטת זיקוק מולקולרי

• אלכוהול (אתנול): המשקל המולקולרי של אלכוהול קטן, האינטראקציה הבין-מולקולרית חלשה, וקל להתאדות מהתערובת. לכן, בתהליך של חליטה וייצור אלכוהול, ניתן להפריד אלכוהול ממרק או תערובת תסיסה על ידי זיקוק מולקולרי.
• מים וממיסים אורגניים: לעתים קרובות יש להפריד בין מים וממסים אורגניים רבים (כגון אתר, טולואן וכו'). מכיוון שהאינטראקציה הבין-מולקולרית של מים גדולה, הנתיב החופשי הממוצע של תנועה מולקולרית קטן, בעוד שהאינטראקציה הבין-מולקולרית של ממיסים אורגניים חלשה והנתיב החופשי הממוצע של תנועה מולקולרית גדול. לכן, בתהליך של זיקוק מולקולרי, יש סיכוי גבוה יותר שממסים אורגניים יתנדפו לחלק העליון של המעבה וכך ייפרדו.
• פחמימנים בנפט: נפט הוא תערובת מורכבת, המכילה תרכובות פחמימנים רבות בעלות אורכי שרשרת פחמן שונים, כמו מתאן, אתאן ופרופאן. מכיוון שהמשקל המולקולרי וכוח האינטראקציה הבין-מולקולרית של פחמימנים שונים שונים למדי, ניתן להפריד ביניהם על ידי זיקוק מולקולרי.
• מרכיבי טעם בשמן אתרי: שמן אתרי הוא תערובת מורכבת המופקת מצמחים, המכילה תרכובות ריחניות רבות, כמו מנטול ושמן אקליפטוס. רכיבי בושם אלו הם לרוב בעלי משקל מולקולרי קטן ואינטראקציה בין-מולקולרית חלשה, המתאימים להפרדה וטיהור על ידי זיקוק מולקולרי.

טכנולוגיית זיקוק מולקולרי נמצאת בשימוש נרחב להפקת מוצרים טבעיים מבעלי חיים, כגון שמן דגים מזוקק. שמן דגים הוא סוג של שמן המופק מדגים שומניים. שמן דגים עשיר בחומצות שומן בלתי רוויות מאוד ב-cis חומצה איקוספנטאנואית (EPA) וחומצה דוקוסהקסאנואית (DHA). יש לו השפעות של עיכוב הצטברות טסיות דם, הפחתת צמיגות הדם, התנגדות לדלקת, סרטן ושיפור חסינות. זה נחשב כתרופה טבעית פוטנציאלית ומזון פונקציונלי. שיטות ההפרדה המסורתיות כוללות משקעים והקפאה של הכללת אוריאה, ושיעור ההחלמה נמוך.

שימוש בשיטת משקעים של urea inclusion יכול להסיר ביעילות חומצות שומן בלתי רוויות רוויות ונמוכות מהמוצר ולהגדיל את תכולת ה-DHA וה-EPA במוצר, אך קשה להפריד בין חומצות שומן בלתי רוויות אחרות מ-DHA ו-EPA. יכול לעשות w(DHA+EPA)<80%. In addition, the product has heavy color, strong fishy smell and high peroxide value. The product needs further decoloration and deodorization, and the recovery rate is only 16%. Because the average free path of impurity fatty acids in the material is similar to EPA and DHA ethyl ester, זיקוק מולקולרייכול לעשות רק w(EPA+DHA)=72.5%, אבל שיעור ההחלמה יכול להגיע ליותר מ-70%. למוצר צבע טוב, ריח טהור וערך פרוקסיד נמוך, וניתן לחלק את התערובת למוצרים בעלי תכולה שונה של DHA ו-EPA. לכן, טכנולוגיית זיקוק מולקולרי היא שיטה יעילה להפרדה ולטיהור EPA ו-DHA.