רוטרי אוופורטור – מאייד סיבובי – עקרונות פעולה

מאת: משה כהן, מנכ"ל ד"ר גוליק פתרונות מדעיים

משה כהן - מנכ"ל

רוטרי אוופורטור – מאייד סיבובי,הינו מכשיר מעבדה המשמש לנידוף של ממסים מדגימות ולזיקוק של הדוגמאות.  תהליך הזיקוק משמש להסרת ממסים נדיפים מתערובות נוזליות באמצעות אידוי והתעבות שלאחר מכן. במעבדה כימאים וביוכימאים משתמשים לעתים קרובות בתהליך הזיקוק ובמאייד הסיבובי (רוטרי אוופורטור).


היסטוריה של מאייד סיבובי (רוטרי אוופורטור)

מערכת הרוטרי אוופורטור הומצאה על ידי לימן סי קרייג (Lyman C. Craig) ויוצרה באופן מסחרי לראשונה על ידי החברה השווייצרית ביכי (Büchi) בשנת 1957. חברת ד"ר גוליק פתרונות מדעיים הינה הנציגה הרשמית של חברת ביכי (Büchi) בישראל מזה למעלה מ 30 שנים.


תהליך הזיקוק וטכנולוגיית אידוי סיבובי (רוטרי אוופורטור):

מאייד סיבובי (רוטרי אוופורטור) פותח ויוצר כדי לתת מענה לצורך של כימאים וביוכימאים ברחבי העולם. בשל מגוון המעבים (קונדנסרים) הרחב, המאייד הסיבובי (רוטרי אוופורטור) משמש לזיקוק מהיר של ממסים מעורבים, ייבוש יעיל של דגימות, הכנת דגימות מהירה יותר לייבוש בהקפאה, מיצוי תרכובות טבעיות וריכוז. היישומים התעשייתיים של המאייד הסיבובי הינם אינספור, אך כוללים עיבוד נפט גולמי, הפרדת קנבינואידים, בישול מולקולרי, יצירת טעם וריח ועוד.


אידוי בתהליך הזיקוק

אידוי הוא העברת חלקיק מהשלב הנוזלי לשלב הגזי. תהליך האידוי מתחיל ברגע שהתנאים ללחץ וטמפרטורה מגיעים לעקומת הרתיחה. בשלב זה, לכל החלקיקים יש מספיק אנרגיה קינטית כדי להתגבר על כוחות המשיכה ההדדית הקושרים אותם. כעת כבר לא מדובר בכמה מולקולות על פני השטח, המתנתקות מהנוזל. המעבר מנוזל לגז מתרחש בשלב זה בכל הנוזל. נקודת הרתיחה חיונית לזיקוק מכיוון שהנוזל שיש להסיר מתאדה הרבה יותר מהר מאשר במהלך האידוי. מכיוון שהנפח המולרי של גז גדול פי כמה מזה של נוזל, החומר מתרחב פי 1,000 עד 2,000 במהלך הרתיחה. יש להקפיד להבטיח שציוד הזיקוק יוכל להתמודד עם נפח זה.

התגרענות במהלך תהליך האידוי

השלב הראשון של הרתיחה בתהליך הזיקוק הוא התגרענות. החום גורם לבועות גז הסגורות בתוך דפנות המיכל להתחיל להתרחב. החלקיקים המאודים עוזבים את הנוזל ונכנסים לבועות אלה וגורמים להם לגדול. ברגע שהבועות מגיעות לנקודה בה הציפה שלהן יכולה להתגבר על כוחות ההדבקה, הן מתנתקות באופן חלקי מדופן הכלי ועולות אל פני השטח. החלק הנותר של הבועה משמש את ההתחלה לבועה הבאה באותה נקודה. זרימה נסחפת נוצרת מאחורי הבועה, ומשפרת את הערבוב בתוך הנוזל. כשהנוזל מתחמם, נוצרות יותר ויותר בועות עד שלבסוף יש שובל אדים ללא הפרעה המכסה את דופן הכלי.


העברת חום במהלך תהליך האידוי

היבט חשוב של הרתיחה הוא העברת החום ממקור החום לנוזל. מכיוון שהנוזל בדרך כלל בא במגע עם מקור החום רק בקיר המכל, השכבות החיצוניות שלו מתחממות תחילה. השכבות העליונות נשארות קרות יותר. השכבות החמות עולות בגלל מעבר חום בהסעה, והשכבות הקרות יותר תופסות את מקומן. כך מגיעים לשוויון טמפרטורות אך בשיטה זו התהליך מתקדם לאט מאוד. הערבוב הנוסף בתחילת רתיחת הגרעין אמנם משפר את העברת החום, אך המצב עדיין אינו מספק. ניתן לשפר את העברת החום במידה ניכרת על ידי שמירה על תנועה של הנוזל בעזרת מערבל או בבקבוק מסתובב באמצעות טכנולוגיית אידוי סיבובי (רוטרי אוופורטור). ערבוב מתמשך או הסעת חום מאולצת מאפשרים העברת חום מצוינת, סידור טוב יותר של מבנה הגז, ובכך תהליך זיקוק מהיר יותר.


עיבוי בתהליך הזיקוק

עיבוי הוא היפוך תהליך הרתיחה, בו חומר הופך מהגז למצבו הנוזלי. מכיוון שחום האידוי המועבר לחלקיקים במהלך הרתיחה חייב להיות מוסר מהחלקיקים, יש צורך בקירור כדי לעבות גז.

האדים היוצאים מנקודת האידוי מגיעים לחלק העיבוי. מכיוון שטמפרטורת המעבה נמוכה יותר מטמפרטורת העיבוי של האדים, האדים מצטמצמים החוצה ונוצר זרם נוזלי מיד כאשר המולקולות שלו פוגעות במעבה. מכיוון שזרם זה מעכב את העברת החום, יש להבטיח שהוא יכול לזרום באופן חופשי. לכן מעבים תמיד בעלי עיצוב אנכי או אלכסוני. זרם העיבוי מתאסף בבקבוק איסוף. מכיוון שנפח הגז המתעבה גדול במידה ניכרת מזה של הנוזל המופק, לא ניתן להסיר את החום בקלות. זו הסיבה שבדרך כלל למקררים יש שטח גדול מאוד.

כדי להבטיח שתהליך העיבוי יתבצע ביעילות לאורך כל תהליך הזיקוק, העבודה מתבצעת באמצעות אמצעי קירור שניתן לספק ללא הרף, למשל, מי ברז זורמים או מצנן מחזורי. רתיחה גורמת לעלייה גדולה בלחץ. בעיבוי, לחץ רב מאוד מתפזרוהמעבה פועל כמשאבה.


תהליך זרימת הגז דרך המאייד הסיבובי (רוטרי אוופורטור)

זיקוק מורכב מאידוי ועיבוי לאחר מכן. מכיוון שבדרך כלל הנקודות בהן מתרחשים האידוי והעיבוי מופרדות היטב, יש להעביר את האדים. מכיוון שגז מפיץ את עצמו באופן אחיד בתוך החלל הזמין, הוא זורם מצד המאייד לצד המעבה, שם הוא נוזל. תהליך זה מייצר ירידת נפח שווה ערך ומתקבל ואקום מקומי. לכן הצד המעבה תמיד שואב גז, בעוד צד המאייד תמיד מספק את אותה כמות גז. ההבדל הדינאמי בלחץ שנוצר מעביר את האדים דרך המכשיר במהירויות גבוהות. הכוח השומר על זרימה זו הוא חום האידוי המסופק לגז במהלך האידוי. במהלך העיבוי החום הזה נסוג ממנו שוב. לכן תופעה זו מכונה גם משאבה תרמית (נקודה Pבציור).

על מנת לשמור על הבדל מאוזן בלחץ דינאמי, חשוב שמהירות העיבוי ומהירות האידוי יותאמו זה לזה. בכל פעם שמתאדים יותר חומר מאשר מתעבים במעבה, הלחץ בתוך המכשיר יעלה ומשאבת הוואקום תצטרך לפעול ללא הרף, למשוך את הממס המאודה ולשאוב אותו החוצה אל הסביבה.

הפרדה על ידי תהליך זיקוק

זיקוק היא טכניקה המשמשת להפרדת תערובות המורכבות משני נוזלים. תהליך הזיקוק מבוסס על ההבדל בין לחצי האדים של החומרים. התערובת מחוממת עד שהיא מתאדה ולאחר מכן מתעבה שוב. בתהליך זה, הרכיב הנדיף יותר מצטבר באדים, וכך גם במעובה, וכתוצאה מכך הפרדה. האדים המועשרים, המופנים דרך ציוד הזיקוק, מגיעים למעבה שבו הוא נוזל ונאסף בכלי איסוף כתזקיק. במקביל, הרכיב הפחות נדיף מצטבר בבקבוק האידוי.


תפקיד הוואקום בתהליך הזיקוק

ואקום ממלא תפקיד חשוב בתהליך עם כל סוגי המאיידים מכיוון שהוא מוריד את טמפרטורת הרתיחה הדרושה לזיקוק. ניתן לשלוט בוואקום באופן ידני או אוטומטי בשימוש בבקר ואקום.


יישומים למאייד סיבובי (רוטרי אוופורטור)

כיום קיימים שימושים רבים לרוטרי אוופורטר בן במעבדה והן ליישומים תעשייתיים. הרוטרי אוופורטור משמש לזיקוק מהיר של ממסים מעורבים, ייבוש יעיל של דגימות, הכנת דגימות מהירה יותר לייבוש בהקפאה, מיצוי תרכובות טבעיות וריכוז. קיימים יישומים רבים לתחום התעשייתי והם כוללים עיבוד נפט גולמי, הפרדת קנבינואידים, בישול מולקולרי, יצירת טעם וריח ועוד.