مصارف تقطیر با بخار در صنعت

تقطیر با بخار آب، یکی از روش‌هایی است که برخی از صنایع، برای تولید محصولات خود از آن استفاده می‌کنند. این روش، نوع خاصی از تقطیر است که در بهره برداری از برخی موادهای حساس به دما از آن استفاده می‌شود. اضافه کردن آب تبخیر شده به دیگ بخار ، کلیدی‌ترین ویژگی در این روش است که آن را از سایر روش‌ها متمایز می‌کند. نقش اصلی تبخیر آب در این فرآیند، این است که دمای جوش ترکیبات داخل دیگ بخار را پایین بیاورد تا در نهایت، در دمای پایین‌تری تبخیر شوند؛

زیرا در دماهای بالاتر تجزیه می‌شوند و عملاً موفق به استخراج عصاره‌ی مورد نظر نخواهیم شد. در این مقاله، ابتدا، در مورد مصارف عمده‌ی تقطیر با بخار آب در صنعت صحبت خواهیم کرد. سپس، اصول استفاده از این روش را بررسی خواهیم کرد و در نهایت،  به مزایا و معایب استفاده از این روش هم خواهیم پرداخت و درمورد صرفه‌ی اقتصادی آن بحث خواهیم کرد.

عصاره‌گیری از گیاهان از طریق تقطیر با بخار آب

این روش از تقطیر، یکی از متداول‌ترین عملیات‌ها برای گرفتن عصاره‌ی با ارزش گیاهان مختلف است. این فرآیند با استفاده از دیگ بخار انجام می‌شود. بخار گرم به آزادسازی عصاره‌ی این گیاهان کمک می‌کند و باعث می‌شود محصول باکیفیت‌تری به دست آید. این دیگ بخار به یک سیستم خنک کننده متصل است. در این سیستم خنک کننده، میعان رخ می‌دهد. مواد تبخیر شده در دیگ بخار، حاوی عصاره‌ی مورد نظر است و در فرآیند میعان، این مواد متراکم می‌شوند و در حالت مایع، به راحتی از آب مایع جدا می‌شود. زیرا این عصاره‌ها روغنی و چرب هستند و جداسازی آن‌ها از آب به راحتی انجام می‌شود.

 

تولید اسانس عطرهای مختلف از طریق تقطیر با بخار آب

تقطیر بخاری، یکی از روش‌های رایج برای تولید اسانس‌های معطر است. با ورود آب تبخیر شده به دیگ بخار، مواد فرار موجود در بافت گیاه مورد نظر نیز تبخیر می‌شوند. با متراکم کردن این مواد تبخیر شده و ترکیب شدن آن‌ها با آب، می‌توان اسانس آن‌ها را از آب جدا و جمع‌آوری نمود. در این روش، میعانات حاصل از تقطیر که هم شامل آب و هم مواد معطر هستند، در یک فلاسک از جنس فلورانس جمع می‌شوند تا جداسازی اسانس مورد نظر از آب آسان‌تر انجام شود. آب جمع‌آوری شده از این میعانات که برخی از ترکیبات مواد اولیه را در خود دارد، «هیدروسل» نامی‌ده می‌شود و گاهی برای مصارف تجاری دیگر صنایع فروخته می‌شود. آب گلاب، یکی از هیدروسل‌های معروف است. برخی دیگر از هیدروسل‌ها، بوی نامطبوعی دارند و به فروش نمی‌رسند.

 

تولید روغن‌های گیاهی از طریق تقطیر با بخار آب

امروزه با استفاده از روش تقطیر با بخار آب، روغن‌های گیاهی مثل روغن اکالیپتوس، روغن کافور و روغن نارنج را در مقایس‌های صنعتی تولید می‌کنند. فرآیند تولید این روغن‌ها نیز مشابه تولید اسانس‌ها و عصاره‌های گیاهان است و با وارد کردن آب تبخیر شده به دیگ بخار، فرآیند تقطیر انجام می‌شود و در انتها، روغن حاصل از این فرآیند جمع‌آوری می‌شود.

جداسازی اسیدهای چرب از طریق تقطیر با بخار آب

برای جداسازی اسیدهای چرب و سایر مواد آلی ارزشمند از مخلوط‌ها و هم‌چنین تصفیه‌ی فرآورده‌های خام، یکی از بهترین روش‌ها، استفاده از تقطیر با بخار آب است.

کاربرد تقطیر با بخار آب در برخی از فرآیندهای آزمایشگاهی

در بسیاری از فرآیندهای آزمایشگاهی نیز برای جداسازی و استخراج مواد آزمایشگاهی خالص، از این نوع از تقطیر استفاده می‌کنند. در این فرآیندها از دستگاه «تقطیر آزمایشگاهی» استفاده می‌شود. این دستگاه، یکی از انواع تجهیزات آزمایشگاهی برای تقطیر و جداسازی مواد شیمایی است که برای تبدیل بخار به مایع از آن استفاده می‌شود. این دستگاه، معمولاً در آزمایشگاه‌های واحدهای صنعتی مختلف به کار گرفته می‌شود.

دستگاه تفطیر، از سه فلاسک اصلی تشکیل شده است. از فلاسک اول برای داغ کردن و فرّار کردن ترکیبات شیمیایی استفاده می‌شود. بخش دوم، کندانسور است که برای خنک کردن ترکیبات تبخیر شده داخل محفظه و تبدیل آن به مایع، به کار می‌رود. بخش سوم، مجرای جمع‌آوری مایعات است.

برای انجام فرآیند تقطیر آزمایشگاهی، لازم است تمام اجزای دستگاه تقطیر مورد بررسی قرار گیرند تا از نداشتن ترک و سالم بودن آن‌ها اطمینان حاصل شود. ترکیبات مورد استفاده نیز نباید با محفظه‌های شیشه‌ای این دستگاه واکنش نشان دهند. لوله‌های اتصال، باید در برابر فشار آب و فشار تبخیر مقاوم باشند. این دستگاه، همواره باید به یک منبع آب متصل باشد و جریان آب همیشه درون لوله‌ها در جریان باشد تا بتوان به راحتی ترکیبات تبخیر شده را خنک کرد. این جریان، با توجه به نوع فرآیند، قابل تنظیم است.

اکنون که با مصارف عمده‌ی این روش آشنا شدیم، می‌خواهیم اصول استفاده از این روش را در مصارف صنعتی مورد بررسی قرار دهیم.

اصول و مبانی استفاده از روش تقطیر با بخار آب

در فرآیند تقطیر با بخار آب، برای دریافت عصاره‌ی خالص‌تر، از آب مقطر داخل دیگ استفاده می‌شود. زیرا هیچ آلودگی خارجی به ترکیب اضافه نمی‌کند. آب مقطر، هیچ‌گونه ماده‌ی معدنی در خود ندارد و به همین دلیل است که نوشیدن آن مناسب نیست. اما برای مصارف صنعتی از جمله استخراج عصاره‌ها و آزمایش‌های علمی، بهترین انتخاب است.

1. اصل اول؛ حرارت مناسب هنگام تقطیر

برای گرفتن عصاره‌ی گیاهان، متداول‌ترین روش، حرارت دادن به آن‌ها است. اما بسیاری از ترکیبات آلی، به حرارت بالا حساس هستند و شروع به تجزیه شدن می‌کنند. برای جلوگیری از این موضوع، لازم است این مواد در دمای پایین‌تری تبخیر شوند. به همین منظور یک محفظه به نام دیگ بخار استفاده می‌شود که با اضافه کردن آب تبخیر شده به ترکیبات مورد نظر، دمای جوش آن‌ها را پایین می‌آورد و باعث می‌شود عصاره‌های مورد نظر، تغییر ماهیت ندهند و خلوص خود را حفظ کنند.

2. اصل دوم؛ فشار مناسب بخار هنگام تقطیر

در اثر حرارت وارد شده به ترکیبات داخل دیگ بخار، سطح این مواد پر از مولکول‌های با انرژی بالا می‌شود که در تماس با هوای اطراف هستند. به سبب این انرژی درونی، آن‌ها فشار خاصی را به هوای اطراف وارد می‌کنند که در اصطلاح، به آن «فشار بخار» می‌گوییم. اگر این فشار، بیش از فشار هوا باشد، فرآیند تبخیر رخ می‌دهد. از آن‌جایی که حرارت، باعث افزایش انرژی مولکول‌ها می‌شود، پس افزایش انرژی مولکول‌ها، باعث افزایش فشار تبخیر نیز خواهد شد. لازم است که حرارت به گونه‌ای تنظیم شود که فشار متعادلی برقرار شود و فرآیند تبخیر در بهترین شرایط ممکن رخ دهد.

3. اصل سوم؛ اجرای مناسب فرآیند تقطیر

فرآیند تقطیر با بخار آب، از یک اصل مهم پیروی می‌کند. آن اصل این است که آب تبخیر شده، اصلی‌ترین نقش در فرآیند تقطیر را دارد. برای گرفتن بهترین خروجی، لازم است که آب تبخیر شده نیز در بهترین شرایط وارد فرآیند شود. لازم است به دمای جوش مواد داخل دیگ بخار دقت کنید و متناسب با همان، فشار بخار داخل دیگ را تنظیم نمایید.

4. اصل چهارم؛ اجرای مناسب فرآیند جداسازی عصاره‌ها

جداسازی عصاره‌ها، آخرین مرحله‌ی تقطیر است. با گذشتن از دیگ بخار، ترکیبات مایع به دست آمده، وارد محفظه‌ی جداکننده می‌شوند. در این مرحله، آخرین اقدامات فرآیند تقطیر انجام می‌شود. برای رسیدن به بیشترین بازدهی، لازم است آخرین مرحله‌ی فرآیند با احتیاط فراوان انجام شود تا از هدررفت این عصاره‌ها تا حد ممکن جلوگیری شود.

مزایا و محدودیت‌های استفاده از روش تقطیر با بخار آب

استفاده از دیگ بخار برای تقطیر، مزایا و البته ایرادهایی هم دارد که در این فرصت، سعی می‌کنیم تا جای ممکن به این موارد بپردازیم و ببینیم که در نهایت، تقطیر با این روش در صنایع مختلف، تا چه حد صرفه‌ی اقتصادی دارد. همچنین به ایرادهای این فرآیند نیز خواهیم پرداخت.

• مزیت اول: استفاده از دیگ بخار برای تقطیر عصاره‌ها، ارزان‌تر از سایر روش‌ها است

هزینه‌ی راه‌اندازی و نگهداری تجهیزات این نوع از تقطیر، بسیار ارزان‌تر از روش‌ها و سیستم‌های دیگر است. شما می‌توانید با قیمت مناسب یک دیگ بخار و سایر ادوات تقطیر را تهیه کنید و نگران بازگشت سرمایه‌ی خود نباشید. این روش، به مراتب کم هزینه‌تر از جداسازی عصاره‌ها با استفاده از گاز CO2 است. این روش از تقطیر، طیف استفاده‌ی گسترده‌تری دارد و برای استخراج عصاره‌ی انواع و اقسام گیاهان مورد استفاده قرار می‌گیرد. این در حالی است که استفاده از گاز CO2 فقط برای صنایع خاص استفاده می‌شود. عامل دیگری که استفاده از این روش برای تقطیر را اقتصادی‌تر و به‌صرفه‌تر می‌کند، ظرفیت تولید بالای آن است. تقطیر با بخار برای اهداف تجاری و تولید انبوه، بسیار مناسب‌تر است.

• مزیت دوم: این روش، استانداردهای کیفی مورد انتظار را تامین می‌کند.

ممکن است کسانی که در این صنعت فعالیت می‌کنند، در ابتدا این نگرانی را داشته باشند که آیا استفاده از دیگ بخار، می‌تواند موجب تولید عصاره‌های باکیفیت شود یا خیر؟ اگر این تولیدکنندگان، تجهیزات استاندارد تهیه کنند و فرآیند تقطیر را به دقت انجام دهند، قطعاً به کیفیتی بی‌نظیر دست خواهند یافت. چراکه تقطیر با بخار، انعطاف عملیاتی بیشتری دارد. یعنی، رطوبت بخار، شدت جریان و دمای آن، همگی قابل کنترل هستند و مطابق با محصول مورد نظر می‌توان این فاکتورها را تغییر داد.

یکی از عواملی که تولیدکنندگان برای تولید یک محصول باکیفیت باید در نظر داشته باشند این است که دمای دیگ بخار را در یک حد متعادل حفظ کنند. اگر دمای بخار را دقیقاً در دمای «نقطه‌ی جوش آب» حفظ کنند، عصاره‌ی گیاهان ظریف‌تر از بین نمی‌رود و از همه مهم‌تر، عطر و طعم واقعی آن‌ها حفظ خواهد شد.

پس، تقطیر با بخار آب، می‌تواند باکیفیت‌تر و سودآورتر باشد، به شرطی که نکات مربوط به استفاده از ادوات آن را به درستی اجرا کنیم و همواره مواظب شرایط مطلوب اداوات باشیم.

• مزیت سوم: استفاده از دیگ بخار، کاربردهای بسیار گسترده‌تری دارد.

تقطیر با بخار، فقط مربوط به گلاب‌گیری و عصاره‌گیری از گیاهان نمی‌شود. شما می‌توانید با این روش، چربی‌ها، موم‌ها و انواع روغن‌ها و سایر مواد غیرقابل اختلاط را استخراج کنید. این روش، به دلیل کاربرد گسترده‌ای که در استخراج مواد غیرقابل اختلاط دارد، می‌تواند یک منبع سرمایه‌گذاری خوب برای کارفرمایان باشد. شما می‌توانید با تهیه‌ی یک دیگ بخار و سایر ادوات تقطیر، انواع و اقسام عصاره‌ها و روغن‌ها را تولید کنید و سهم بیشتری از بازار داشته باشید. هم‌چنین از آن‌جایی که در اکثر موارد دمای دیگ، در دمای «نقطه‌ی جوش آب» حفظ می‌شود، هزینه‌ی سوخت‌رسانی به دیگ نیز مقرون به صرفه خواهد بود.

• مزیت چهارم: این روش، بهره‌وری بالاتر و قابلیت «گسترش ظرفیت» بیش‌تری را دارد.

تقطیر در دیگ بخار، بسیار سریع‌تر از روش‌های دیگر است و اپراتور کنترل بیشتری روی فرآیند دارد. دیگ را می‌توان به سرعت تخلیه و مجدداً شارژ کرد. با ورود فوری بخار به داخل محفظه‌ی دیگ، وقفه‌ی خاصی در خط تولید اتفاق نمی‌افتد و اپراتور می‌تواند در کم‌ترین زمان ممکن، فرآیند تقطیر را از سر بگیرد. شما می‌توانید با کمی دقت و هم‌چنین رعایت اصول مورد نیاز، بیشترین بهره‌وری ممکن را از دیگ بخار خود به دست بیاورید.

تقطیر با بخار، یکی از محبوب‌ترین روش‌ها برای عصاره‌گیری است و مزایای مخصوص به خودش را دارد. اما در کنار همه‌ی این‌ها، معایبی هم به این نوع روش وارد است. در ادامه، به محدودیت‌های عمده‌ای که در این روش وجود دارند، خواهیم پرداخت.

• محدودیت اول: این فرآیند، برای استخراج عصاره‌ی بعضی از گیاهان مناسب نیست.

برای گرفتن عصاره‌ی مرکبات، تقطیر با بخار اصلاً روش مناسبی نیست. چراکه داخل دیگ، ساختار «ماده‌ی سالم» مرکبات از بین می‌رود. بهترین روش برای استخراج عصاره‌ی مرکبات، استفاده از روش «پرس سرد» است. در این روش با حذف پارامتر حرارت، فرآیند عصاره‌گیری، صرفاً تحت فشار بسیار زیاد صورت می‌گیرد. هم‌چنین برای استخراج برخی دیگر از عصاره‌ها، تنها استفاده از گاز CO2 کاربرد دارد.

• محدودیت دوم: استفاده از این روش، نیاز به سرمایه‌گذاری سنگین در ابتدای کار دارد.

یکی از محدویت‌های اصلی که در برابر سرمایه‌گذاران این صنعت وجود دارد. این است که برای ورد به این صنعت، نیاز به سرمایه‌ی کلان اولیه است. تهیه‌ی دیگ بخار و سایر ادوات این صنعت، بسیار پرهزینه است و ممکن است بازگشت سرمایه‌ی شما با تاخیر اتفاق بیفتد. اجرای موفقیت فرآیند، نیازمند این است که اپراتورها، آموزش کافی برای استفاده از دستگاه‌ها را دیده باشند.

زیرا ممکن است در درجه‌های بالا، عصاره‌ی مورد نظر شما از بین برود یا کیفیت مطلوب شما را نداشته باشد. در ضمن، این عصاره‌ها فرّار هستند و برای جمع‌آوری آن‌ها، باید بیشترین میزان دقت لحاظ شود. یکی دیگر از محدودیت‌هایی که در ابتدا به چشم نمی‌آید، هزینه‌ی تعمیر و نگهداری تجهیزات این صنعت است. اپراتورها باید به صورت مدام وضعیت دیگ بخار و سایر قطعات را پایش کنند. و در اسرع وقت، مشکلات ایجاد شده را برطرف نمایند. هرگونه سهل‌انگاری، می‌تواند در کیفیت عطر و طعم عصاره‌ها تاثیرگذار باشد.