في مجال الهندسة الكيميائية، يُعدّ تحقيق عمليات فصل وتنقية فعّالة وذات كفاءة عالية أمرًا بالغ الأهمية. ومن الأدوات الأساسية في هذا المجال وحدة الاستخلاص والتركيز. تجمع هذه الوحدة المتطورة بين مجموعة من التقنيات لاستخراج المكونات المطلوبة من المخاليط وفصلها وتركيزها. وتلعب الوحدة دورًا حيويًا في مجموعة متنوعة من الصناعات، من الصناعات الدوائية إلى تكرير البترول.
المبدأ الرئيسي لوحدة الاستخلاص والتركيز هو إذابة مكون أو أكثر من المكونات المطلوبة من خليط ما بشكل انتقائي باستخدام مذيب مناسب. تُعد هذه العملية مفيدة بشكل خاص عند عزل المركبات ذات القيمة من الخلطات المعقدة، إذ تتيح استخلاصًا دقيقًا للأنواع المطلوبة. باستخدام مذيبات ودرجات حرارة وضغوط وتقنيات فصل مختلفة، يمكن للمهندسين تحسين عملية الاستخلاص لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة.
من أهم مزايا استخدام وحدة الاستخلاص والتركيز إمكانية استخلاص المكونات بشكل انتقائي مع ترك المواد غير المرغوب فيها. تُمكّن هذه الانتقائية من فصل المركبات القيّمة عن الشوائب، مما ينتج عنه منتجات نهائية عالية النقاء والتركيز. على سبيل المثال، في صناعة الأدوية، تُستخدم وحدات الاستخلاص لفصل المكونات الصيدلانية الفعالة (APIs) من النباتات أو المصادر الطبيعية الأخرى. وهذا يُمكّن من إنتاج أدوية عالية الفعالية بأقل قدر من الشوائب.
من المزايا المهمة الأخرى لوحدات الاستخلاص والتركيز زيادة كفاءة العمليات الكيميائية. فمن خلال تركيز المكونات المطلوبة، يُقلل المهندسون حجم محلول الاستخلاص، مما يُقلل من متطلبات المعالجة اللاحقة. ويُقلل هذا التحسين من استهلاك الطاقة واستخدام المذيبات وتكاليف الإنتاج الإجمالية. بالإضافة إلى ذلك، تُحسّن المحاليل المركزة غالبًا العمليات اللاحقة، مثل التبلور أو التقطير، مما يُعزز الإنتاجية ويُخفض التكاليف.
تستخدم وحدات الاستخلاص والتركيز تقنيات استخلاص مختلفة، مثل الاستخلاص السائل-السائل (LLE)، والاستخلاص في الطور الصلب (SPE)، والاستخلاص فوق الحرج (SFE)، وذلك بناءً على خصائص المكونات والنتيجة المرجوة. يتضمن الاستخلاص السائل-السائل إذابة المكونات في طورين سائلين غير قابلين للامتزاج، عادةً مذيب مائي ومذيب عضوي. يستخدم الاستخلاص السائل-السائل مواد صلبة مثل الكربون المنشط أو هلام السيليكا لامتصاص المكونات المطلوبة بشكل انتقائي. أما الاستخلاص السائل-الحرج، فيستخدم سائلًا فوق النقطة الحرجة لزيادة كفاءة الاستخلاص. لكل تقنية مزاياها، ويتم اختيارها وفقًا للمتطلبات الخاصة بكل عملية.
بالإضافة إلى الاستخلاص، يُعدّ التركيز في الجهاز بالغ الأهمية. يتم التركيز بإزالة المذيب من محلول الاستخلاص، تاركًا إما محلولًا مُركّزًا أو بقايا صلبة. تضمن هذه الخطوة وجود المكونات المطلوبة بتركيزات أعلى بكثير، مما يُسهّل معالجتها أو تحليلها. تشمل التقنيات المُستخدمة للتركيز التبخير، والتقطير، والتجفيف بالتجميد، والترشيح الغشائي، وغيرها.
التبخير طريقة شائعة الاستخدام لتركيز المحاليل. عند التسخين، يتبخر المذيب، تاركًا مذابًا مركزًا. تُعد هذه العملية مفيدة بشكل خاص للأجزاء المستقرة حراريًا. من ناحية أخرى، يُستخدم التقطير عندما تكون درجة غليان المذيب أقل بكثير من درجة غليان المكون المطلوب. يفصل التقطير المذيبات عن المكونات الأخرى عن طريق تسخين الأبخرة وتكثيفها. يستخدم التجفيف بالتجميد دورات التجميد والذوبان وضغطًا منخفضًا لإزالة المذيب، تاركًا منتجًا جافًا ومركزًا. وأخيرًا، يستخدم الترشيح الغشائي أغشيةً انتقائية لفصل المذيب عن المكونات المركزة.
في الختام، تلعب وحدات الاستخلاص والتركيز دورًا محوريًا في مختلف العمليات الكيميائية في مختلف الصناعات. تجمع هذه الوحدة بين تقنيات الاستخلاص مثل LLE وSPE وSFE لإزالة المكونات المطلوبة من الخليط بشكل انتقائي. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم مجموعة من تقنيات التركيز، بما في ذلك التبخير والتقطير والتجفيف بالتجميد والترشيح الغشائي، لزيادة تركيز المكون المطلوب. وبالتالي، تُمكّن الوحدة من عملية فصل وتنقية فعّالة واقتصادية، مما ينتج عنه منتجات مركزة عالية الجودة. سواءً في الصناعات الدوائية أو تكرير النفط أو غيرها من الصناعات الكيميائية، تُعد وحدات الاستخلاص والتركيز أداةً لا غنى عنها في السعي نحو التميز.
وقت النشر: ٢٣ أغسطس ٢٠٢٣