تعد المبخرات الدوارة أداة مختبرية أساسية لتركيز المنتجات وتجفيفها واستعادتها. تعد عملية التبخر الدوارة إحدى طرق المذيبات الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في الأدوية والتكنولوجيا الحيوية وغيرها من الصناعات والمجالات. بالإضافة إلى التقطير المستمر للمذيبات المتطايرة، يتم استخدام المبخرات الدوارة أيضًا للتركيز، والتبلور، والتجفيف، والفصل، واستعادة المذيبات.
ما هي المبادئ وراء المبخر الدوار？
المبدأ الأساسي للتبخر الدوار هو التقطير بالضغط، حيث يتم تقطير كميات كبيرة من المذيبات المتطايرة بشكل مستمر تحت ضغط منخفض للفصل والتنقية.
تحت ضغط منخفض، يتم وضع دورق التبخر الدوار في حمام مائي ساخن ثم يتم تدويره وتسخينه بشكل مستمر. عند هذه النقطة، تتبخر المواد ذات نقاط الغليان المنخفضة بسرعة. يتم تبريد البخار وتجميعه باستخدام مكثف زجاجي في الدورق أو الوعاء المستقبل. تستمر هذه الدورة حتى يتم جمع المذيب بالكامل.
المكونات الرئيسية للمبخر الدوار
لفهم كيفية عمل المبخرات الدوارة بشكل أفضل، دعونا نستكشف مكوناتها وميزاتها الرئيسية. تتكون المبخرات الدوارة من المكونات التالية:
1. دورق التبخر الدوار: عادة، يتم تصنيع دورق زجاجي ذو قاع مستدير لحمل العينة المركزة؛ القارورة متوفرة بأحجام مختلفة. يتم وضعه عادة في حمام زيت أو ماء للتدفئة (التسخين أسرع باستخدام حمام الزيت ويكون هناك تناثر أقل عند الغليان والدوران).
2. حمام التدفئة: يتم استخدام حمام التسخين لتسخين السائل داخل الدورق لضمان درجة حرارة ثابتة ودقيقة أثناء التبخر.
3. محرك القيادة: يوفر الطاقة لقارورة التبخر الدوارة بحيث يمكن تسخين السائل الموجود بالداخل بشكل متساوٍ لتسهيل التبخر.
4. المكثف: المكثف هو المكون الرئيسي لعملية التبخر الدوار وهو مصنوع من أنبوب زجاجي حلزوني. يتم تكثيف البخار مرة أخرى إلى شكل سائل في المكثف.
5. مدخل مضخة التفريغ: يتم إرسال البخار بشكل أسرع عن طريق زيادة الضغط وخفض درجة الحرارة.
6. دورق الاستلام: يتم جمع المذيب المكثف في دورق الاستقبال الموجود أسفل المكثف. يمكن تسخين هذه القارورة إذا لزم الأمر لتعزيز المزيد من تبخر المذيب المجمع.
ما هي الأنواع المختلفة للمبخرات الدوارة؟
هناك العديد من أنواع وتكوينات المبخر الدوار للاختيار من بينها. اعتمادًا على متطلبات التطبيق وميزات التصميم، يمكن تصنيف المبخرات الدوارة على النحو التالي:
المبخرات الدوارة التقليدية
المبخر الدوار الإلكتروني
سرعة الدوران: 0-120 دورة في الدقيقة؛ 0-110 دورة في الدقيقة
الفراغ: 0.098 ميجا باسكال
درجة حرارة. النطاق: RT ~ 400 درجة مئوية
درجة حرارة. الدقة: ±1 درجة مئوية
ارتفاع السكتة الدماغية: 120 مم؛ 180 ملم
يستخدم هذا النوع من المبخر الدوار بشكل شائع في المختبرات لتبخير وتركيز المذيبات بشكل عام. هذا هو النوع الأكثر شيوعًا ويتضمن دورقًا دوارًا وحمامًا مائيًا ومضخة تفريغ ومكثفًا. يتم تشغيل المبخرات الدوارة التقليدية يدويًا وتوفر سرعة الدوران الأساسية ودرجة الحرارة والظروف الأخرى المطلوبة للتبخر.
المبخر الدوار الرقمي
المبخر الدوار الرقمي
سرعة الدوران: 0-180 دورة في الدقيقة
درجة حرارة. النطاق: RT~99 درجة مئوية
درجة حرارة. الدقة: ±1 درجة مئوية
ارتفاع السكتة الدماغية: 120 ملم
تم تجهيز هذه المبخرات الدوارة بلوحة تحكم رقمية للتحكم بشكل أكثر دقة في المعلمات مثل سرعة الدوران ودرجة حرارة حمام الماء ومستوى الفراغ. تعد المبخرات الدوارة الرقمية أسهل في التشغيل والمراقبة بشكل عام.
المبخرات الدوارة التي يتم التحكم فيها بالفراغ
تحكم فراغ
نطاق إعداد الفراغ: 1-1000 مللي بار
نطاق قياس الفراغ: 1-1000 مللي بار
وضع تشغيل التحكم: وضع التحكم بنقطة واحدة، وضع التحكم المبرمج
ضغط التحميل الزائد للحساس: 1,500 ملي بار
قطر الموصل : 8 ملم
توفر المبخرات الدوارة التي يتم التحكم فيها بالفراغ تحكمًا دقيقًا في مستوى الفراغ لتحسين التحكم في عملية التبخر. وعادة ما تكون مجهزة بنظام فراغ قوي ومناسبة لعمليات التبخير التي تتطلب مستويات فراغ أعلى، مثل بعض المركبات الحساسة للغاز.
المبخرات الدوارة ذات المصيدة الباردة
سائل تبريد بدرجة حرارة منخفضة
درجة حرارة. دقة التحكم: ±0.1 درجة مئوية
عرض درجة الحرارة. القرار: 0.1 درجة مئوية
رفع المضخة: 4 ~ 6 م
تدفق المضخة المتداولة: 20 ~ 40 لتر / دقيقة
درجة حرارة. نطاق التحكم: -20 درجة مئوية ~ RT؛ -40 درجة مئوية ~ RT
سائل تبريد بدرجة حرارة منخفضة
درجة حرارة. دقة التحكم: ±0.1 درجة مئوية
عرض درجة الحرارة. القرار: 0.1 درجة مئوية
رفع المضخة: 1.5 ~ 2.7 م
تدفق المضخة المتداولة: 8 ~ 16 لتر / دقيقة
درجة حرارة. نطاق التحكم: -20 درجة مئوية ~ RT
سائل تبريد بدرجة حرارة منخفضة
نطاق درجة حرارة الاستخدام: -10 درجة مئوية ~RT؛ -30 درجة مئوية ~RT؛ -40 درجة مئوية ~RT
درجة حرارة البيئة: 5 ~35 درجة مئوية
رطوبة البيئة: ≥70% تهوية
تتميز المبخرات الدوارة ذات المصيدة الباردة بنظام تبريد إضافي لمنع فقدان المركبات المتطايرة أثناء التبخر. من خلال الجمع بين وظائف التجفيف بالتجميد والتبخر الدوار، فهي مناسبة لمعالجة العينات الحساسة للحرارة.
المبخرات الدوارة الهجينة
تجمع المبخرات الدوارة الهجينة بين التبخير الدوار وعمليات أخرى، مثل التقطير أو الاستخلاص.
المبخر الدوار بالطرد المركزي
يستخدم المبخر الدوار قوة الطرد المركزي لتسريع عملية التبخر وزيادة الكفاءة. يتكون عادةً من مكونات مثل قارورة دوارة وحمام تسخين ونظام فراغ وجهاز طرد مركزي.
كيف يعمل المبخر الدوار؟
يعمل المبخر الدوار على مبدأ أن المذيبات لها نطاق معين من نقاط الغليان، والذي يتناقص تحت ضغط منخفض. يدور دورق التبخر بسرعة محددة، مما يجبر المادة على تكوين طبقة كبيرة على الجدار الداخلي للقارورة. يتم تسخين الدورق بشكل موحد وتتبخر المواد ذات نقاط الغليان المنخفضة بسرعة. بعد التبريد من خلال مكثف زجاجي، يتم تعميم تيار المذيب في دورق الاستقبال.
سير العمل في العملية برمتها هو كما يلي:
1. تُسكب العينة السائلة في الدورق الدوار.
2. يتم تنشيط مضخة التفريغ لتقليل الضغط داخل الدورق، مما يسهل على العينة أن تتبخر.
3. يتم تفعيل نظام التسخين لتسخين العينة في الدورق الدوار.
4. يتم تبريد الغاز المتبخر إلى سائل بواسطة مكثف.
5. يدخل السائل المكثف إلى زجاجة التجميع ويكمل دورة واحدة من دورة التبخر.
ويمكن تكرار هذه العملية حتى يتم الوصول إلى التركيز المطلوب أو هدف الفصل.
مزايا استخدام المبخر الدوار
1. يمكن للمبخر الدوار أن يتبخر العينات السائلة بسرعة وكفاءة باستخدام قارورة دوارة ونظام تسخين بحيث يتم تحويل المذيب الموجود في المحلول بسرعة إلى بخار.
2. يمكن للمبخر الدوار أن يركز كمية كبيرة من المحلول السائل في حجم صغير نسبيًا، مما يزيد من تركيز المواد المذابة في المحلول.
3. آلية التبخير الفعالة، المبخر الدوار يمكنه عادةً إكمال معالجة العينة في فترة قصيرة نسبيًا، وبالتالي توفير وقت تشغيل المختبر وتكاليف الطاقة.
4. لوحة تحكم بسيطة لسهولة التشغيل.
5. يمكنها التعامل مع المذيبات المختلفة، مما يجعلها مناسبة لمختلف المجالات والتطبيقات المخبرية.
6. ضبط الفراغ يمكن أن يتحكم بشكل أفضل في معدل تبخر العينة وتجنب المشاكل الناجمة عن التطاير المفرط.
7. تحتوي بعض المبخرات الدوارة على وظائف آلية تسمح لها بإعداد وتنفيذ إجراءات محددة مسبقًا لتحسين إمكانية التكرار وكفاءة التجارب.
هذه المزايا تجعل المبخرات الدوارة أداة شائعة ومهمة في المختبرات، وتستخدم على نطاق واسع في الكيمياء والبيولوجيا والمستحضرات الصيدلانية والبيئة.
ما حقيقةأم أنها مهمة عند اختيار المبخر الدوار؟
عند اختيار المبخر الدوار، من المهم مراعاة العوامل التالية للتأكد من أن المعدات تلبي احتياجاتك التجريبية:
1. نوع المذيب: تعرف على نوع المذيبات التي تستخدمها عادة. قد تكون بعض المبخرات الدوارة أفضل لمذيبات معينة، لذا تأكد من قدرة المعدات على التعامل مع العينات التجريبية الخاصة بك.
2. قدرة التسخين والتبريد: يجب أن يكون فرق درجة الحرارة بين محلول المذيب والمكثف كافياً.
3. حجم الدورق: اختر حجم الدورق المناسب لحجم المذيب الذي تريد استخدامه.
4. معدل التبخر: ضع في اعتبارك معدل التبخر للمبخر الدوار وتأكد من أنه كافٍ لاحتياجاتك.
5. مضخة التفريغ: تأكد من أن المبخر الدوار الذي تختاره متوافق مع مضخة التفريغ التي ستستخدمها.
6. حمام مائي: ضع في اعتبارك حجم ونوع الحمام المائي الذي يأتي مع المبخر الدوار.
7. ميزات السلامة: تأكد من أن المبخر الدوار الذي تختاره يحتوي على ميزات السلامة الضرورية، مثل نظام التحكم في درجة الحرارة وميزة الإغلاق التلقائي.
8. التكلفة: أخيرًا وليس آخرًا التكلفة. تأكد من مراعاة ميزانيتك وتحقيق التوازن بين الأداء والميزات والميزانية.
مع الأخذ في الاعتبار هذه العوامل، يمكنك اختيار المبخر الدوار الذي يناسب احتياجاتك وميزانيتك!
ما هي بعض التطبيقات الشائعة للمبخرات الدوارة؟
1. إزالة المذيبات وتركيزها: تعد إزالة المذيبات من العينات السائلة أحد التطبيقات الرئيسية للمبخرات الدوارة. وهو مفيد بشكل خاص في التخليق الكيميائي، حيث يجب على الباحثين تركيز منتجات التفاعل، أو تنقية الجزيئات، أو عزل مواد كيميائية معينة.
2. اكتشاف الأدوية: يتم استخدام المبخرات الدوارة على نطاق واسع من قبل الباحثين الصيدلانيين لتركيز وتنقية المكونات الصيدلانية النشطة (APIs) من الخلائط المعقدة. وهذا يساعد في أبحاث الأدوية وصياغتها ومراقبة الجودة.
3. استخلاص الزيوت العطرية: تقوم المبخرات الدوارة باستخلاص الزيوت العطرية من النباتات والأعشاب المستخدمة في قطاعات الأغذية ومستحضرات التجميل والعطور. يتم الحفاظ على المكونات العطرية الدقيقة من خلال عملية تبخر لطيفة.
4. استعادة المذيبات: يمكن استخدام المبخرات الدوارة مع أنظمة استعادة المذيبات، مما يمكّن المختبرات والشركات من استعادة المذيبات وإعادة استخدامها مع تقليل النفايات وتكاليف التشغيل.
5. التدريس: تستخدم المبخرات الدوارة على نطاق واسع لشرح مبادئ تبخر المذيبات وتعليم الطلاب الممارسات المعملية.
6. أبحاث البوليمرات: تساعد المبخرات الدوارة على إزالة المونومرات أو المذيبات المتبقية من البوليمرات المصنعة، مما يضمن درجة نقاء عالية وخصائص محسنة.
خاتمة
أصبح دور المبخر الدوار ذا أهمية متزايدة في المختبر، حيث يوفر للعلماء حلاً فعالاً ودقيقًا لتبخير المذيبات. فهو لا يبسط العملية التجريبية ويحسن الكفاءة فحسب، بل يوفر أيضًا للعلماء مساحة تجريبية أوسع. من خلال هذه المقالة اكتسبنا نظرة ثاقبة على مبدأ عمل المبخرات الدوارة ومجالات تطبيقها وأهميتها في سير العمل في المختبر. في المستقبل، يمكننا أن نتوقع رؤية المزيد من القصص حول المبخرات الدوارة التي تأتي في مجالات علمية مختلفة، مما يضخ قوة جديدة في تطوير المختبرات.
العربية
