دستگاه آب مقطرگیری چیست و چطور کار میکند؟
م. کوهشاری
شهریور 7, 1405
001
آب مقطر یا آب با خلوص بالا یکی از نیازهای اساسی آزمایشگاههای مدرن است. یعنی این آبِ باکیفیت از تهیه معرفهای شیمیایی گرفته تا آمادهسازی محیطهای کشت میکروبی کاربرد دارد و روی نتایج آزمایشها هم تاثیر میگذارد. اما برای تولید این آب در آزمایشگاه، از دستگاه آب مقطرگیری آزمایشگاهی (Water Distiller) استفاده میشود. این دستگاه با فرآیند تقطیر، نمکهای محلول، میکروارگانیسمها و بسیاری از ناخالصیها را حذف کرده و آب مقطر با کیفیت بالا تولید میکند که برای کاربردهای علمی مناسب است. دستگاه آب مقطرگیری برای تصفیه آب در مؤسسات تحقیقاتی، آزمایشگاههای داروسازی، بخشهای کنترل کیفیت و مراکز آموزشی به کار میرود.
دستگاه آب مقطرگیری چیست؟
آب مقطرگیری دستگاهی است که برای تولید آب عاری از آلودگی کاربرد دارد. این دستگاه با تبدیل آب به بخار و سپس تبدیل مجدد بخار به مایع، بسیاری از ناخالصیها و آلایندههای موجود در آب را حذف میکند. در واقع این دستگاه فرآیند تصفیه طبیعی آب در چرخه طبیعت را شبیهسازی و آب با خلوص بالایی تولید میکنند. در این فرآیند ناخالصیهایی مانند میکروبها، فلزات سنگین و آرسنیک در طی فرآیند تبخیر حذف میشوند، زیرا همراه آب به بخار تبدیل نمیشوند. در نتیجه، این مواد در محفظه جوش باقی میمانند، در حالی که آب از حالت مایع به حالت گازی تغییر میکند.
در مرحله بعد، بخار آب سرد شده و دوباره به مایع تبدیل میشود و آب مقطر به دست میآید. این آب در محیطهای مختلفی از جمله فرآیندهای تخمیر، صنایع پزشکی، کلینیکها و آزمایشگاههای شیمی آلی به کار میرود. همچنین از آب مقطر در اتوکلاوها، باتریها و انواع تجهیزات دیگر استفاده میشود.
نحوه کار دستگاه آب مقطرگیری
اساس عملکرد دستگاههای آب مقطرگیری بر دو فرآیند تبخیر و معیان اصلی استوار است. به این صورت که در ابتدا با افزودن انرژی حرارتی، آب در حالت مایع گرم شده و به بخار تبدیل میشود. در این فرآیند، مولکولهای آب از مولکولهای سایر موادی که در آب حل یا با آن ترکیب شدهاند جدا میشوند.
سپس بخار آب تولیدشده وارد کندانسور یا چگالنده میشود. بخار در این قسمت خنک شده و دوباره به حالت مایع بازمیگردد. آب میعانیافته در نهایت در یک مخزن جداگانه جمعآوری میشود. آب مقطر در مقایسه با آب معمولی حاوی مقدار بسیار کمتری از ناخالصیها و مواد معدنی است.
اجزای دستگاه آب مقطرگیری
این دستگاه از قطعات مختلفی تشکیل شده است که در کنار همدیگر فرآیند تبخیر و میعان را انجام میدهند. در ادامه این قطعات و اجزاء را معرفی کردهایم.
مولد بخار یا مخزن جوش
یکی از مهمترین قطعات دستگاههای آب مقطرگیری یک مخزن یا مولد بخار است که در دستگاههای کوچک از جنس شیشه ساخته میشود و به راحتی میتوانید مقدار آب داخل آن را مشاهده کنید. اما دستگاههای با ظرفیت بالاتر از جنس استیل ضدزنگ ساخته میشوند و حتی برای آنهایی پوششهایی از مس، قلع یا تیتانیوم هم در نظر گرفته میشود. مولد بخار باید آب ورودی را در خود نگه دارد تا فرآیند تقطیر روی آن انجام شود.
لوله مسی دستگاه آب مقطرگیری
یکی دیگر از اجزاء بسیار مهم در این دستگاه، وجود لوله مسی است که بیشتر در بخش کندانسور (مبدل حرارتی) کاربرد دارد. بخار آب تولیدشده در محفظه جوش از داخل این لوله عبور میکند و با تماس غیرمستقیم با آب یا هوای خنککننده، حرارت خود را از دست میدهد و سپس به آب (مایع) تبدیل میشود.
نشانگر سطح آب
سومین قطعه مهم در دستگاه آب مقطرگیری نشانگر سطح آب است که برای کنترل مقدار آب موجود در مولد بخار استفاده میشود. این قطعه برای کنترل میزان آب موجود در مخزن جوش کاربرد دارد و در صورت کاهش سطح آب بر اثر تبخیر، امکان جبران آب از دست رفته را هم فراهم میکند.
شیر کنترل
شیر کنترل قطعهای است که جریان آب ورودی به مخزن مولد بخار را کنترل میکند. این کنترل میتواند به صورت مکانیکی یا الکترومکانیکی انجام شود.
المنتهای غوطهور
المنتهای غوطهور با عبور جریان الکتریکی، گرما تولید میکنند. این المنتها با یک پوشش سرامیکی عایق شدهاند و به کمک یک صفحه فلزی از محیط خارجی محافظت میشوند.
خروجی آب خنککننده
این مسیر برای انتقال آب خنککننده به سیستم کندانسور استفاده میشود. جریان آب سرد به خنک شدن بخار آب و تبدیل آن به مایع کمک میکند.
کندانسور
بعد از اینکه انرژی حرارتی کم شد، کندانسور بخار آب را خنک کرده و آن را دوباره به حالت مایع تبدیل میکند. این فرآیند میتواند با استفاده از همرفت اجباری سرعت بیشتری پیدا کند. در این روش، سیال خنککننده مانند آب یا هوا در اطراف مسیر عبور بخار جریان پیدا میکند.
فیلتر
در برخی دستگاههای آب مقطرگیری، فیلترهای کربن فعال در نزدیکی خروجی کندانسور یا محل جمعآوری آب قرار میگیرند. این فیلترها میتوانند در مرحله نهایی، برخی طعمها، بوها یا ذرات باقیمانده را جذب و حذف کنند.
مخزن آب مقطر
آب حاصل از فرآیند تقطیر در این مخزن جمعآوری میشود. برای جلوگیری از آلودگی یونی، آب مقطر باید در ظروف مخصوص نگهداری شود. به همین دلیل مخزن از موادی مانند PTFE (پلیتترافلوئورواتیلن)، پلیاتیلن (PE) یا پلیپروپیلن (PP) تهیه میشود.
انواع دستگاههای آب مقطرگیری
دستگاههای تقطیر آب را میتوان از نظر نحوه عملکرد به دو گروه اصلی دستی و اتوماتیک تقسیم کرد که در ادامه به معرفی آنها پرداختهایم.
دستگاه آب مقطرگیری دستی
آب مقطرگیری دستی در هر نوبت حدود یک گالن آب تولید میکنند. بعد از تولید اولین گالن، اپراتور باید دستگاه را به صورت دستی مجدداً با آب پر کند تا دستگاه بتواند مقدار بعدی آب مقطر را تولید کند. ظرفیت این دستگاهها بیشتر بر اساس مقدار آبی که در یک ساعت تولید میکنند تعیین میشود. در سیستمهای تقطیر دستی، از مخازن شیشهای یا پلاستیکی با ظرفیت حدود یک گالن استفاده میشود.
دستگاه آب مقطرگیری اتوماتیک
در دستگاههای اتوماتیک، یک لوله آب به دستگاه متصل میشود و سیستم میتواند به صورت مداوم آب مقطر تولید کند. هنگامی که مخزن ذخیره به سطح مشخصی برسد، سیستم کنترل الکترونیکی یا شیر شناور میتواند فرآیند تولید را متوقف کند. ظرفیت دستگاههای اتوماتیک بیشتر بر اساس میزان تولید روزانه مشخص میشود. برخی از این دستگاهها دارای مخازن استیل ضدزنگ با ظرفیت حدود ۳ تا ۲۵ لیتر هستند.
انواع دستگاه آب مقطرگیری بر اساس محل و نوع استفاده
براساس محل استفاده از آب مقطرگیری این دستگاهها شامل نوع متصل به لولهکشی، تجاری و خانگی هستند. در ادامه این دستگاهها را هم معرفی کردهایم.
آب مقطرگیر متصل به سیستم لولهکشی
این دستگاهها میتوانند به طور مستقیم به سیستم لولهکشی آب متصل شوند و یکی از گزینههای نسبتاً اقتصادی برای تولید آب مقطر هستند. با این حال، به نگهداری دورهای نیاز دارند. برای مثال، رسوبات جمعشده در کف محفظه جوش باید بهطور منظم تخلیه شوند.
دستگاههای آب مقطرگیری خانگی
دستگاههای خانگی از نوع تقطیر تک اثره هستند و میتوان آنها را به راحتی در محیط کار یا روی پیشخوان آشپزخانه قرار داد. در این دستگاه اپراتور میتواند مقدار مورد نیاز آب را وارد دستگاه کند و فرآیند تقطیر را انجام دهد و آب مقطر تولیدشده را جمعآوری و تصفیه کند.
دستگاههای آب مقطرگیری تجاری
دستگاههای تجاری یا صنعتی از سیستمهای چنداثره استفاده میکنند و میتوانند ظرفیت تولید بسیار بالاتر (از حدود ۷۵ گالن در روز تا چند میلیون گالن در روز) داشته باشند. این دستگاهها معمولاً چندین محفظه جوش دارند و میتوانند حجم بیشتری از آب مقطر تولید کنند.
نحوه کار و مراحل عملیاتی دستگاه آب مقطرگیری
فرآیند کار دستگاه آب مقطرگیری را میتوان به شکل زیر خلاصه کرد:
- ابتدا آب وارد محفظه جوش شده و دستگاه به منبع برق متصل و روشن میشود.
- آب با رسیدن به نقطه جوش، تبخیر و بعد به بخار آب تبدیل میشود.
- بسیاری از ناخالصیها مانند باکتریها، فلوراید و سایر مواد غیر فرار در محفظه جوش باقی میمانند.
- بخار آب وارد کندانسور استیل ضدزنگ میشود و انرژی حرارتی خود را از دست میدهد تا دوباره به مایع تبدیل میشود.
- در صورت وجود فیلتر کربن فعال، برخی آلایندههای باقیمانده از طریق جذب سطحی حذف میشوند.
- در نهایت، قطرات آب مقطر از دستگاه خارج و در مخزن جمعآوری میشوند.
کاربردهای دستگاه آب مقطرگیری
از این دستگاه در جاهای مختلف استفاده میشود و فقط کاربرد پزشکی یا خانگی ندارند. مهمترین کاربردهای یک دستگاه آب مقطرگیری عبارتند از:
- استفاده برای باتریها و سیستمهای خودرو: آب مقطر در باتریهای سرب-اسیدی استفاده میشود و همچنین میتواند برای رقیق کردن مایع خنککننده رادیاتور خودرو کاربرد داشته باشد.
- دستگاههای CPAP: در دستگاههای CPAP که یکی از روشهای رایج درمان آپنه خواب است، از آب مقطر در محفظه رطوبتساز استفاده میشود تا از ایجاد رسوبات معدنی جلوگیری شود.
- شستشوی بینی: در نتیپات (Neti Pot) برای شستشوی مجاری بینی میتوان از آب مناسب و استریل استفاده کرد. در این مواقع آب مقطر به کاهش خطر ورود آلودگیهای موجود در آب کمک میکند.
- لوازم خانگی: آب مقطر در وسایلی مانند اتو بخار و برخی تجهیزات دیگر استفاده میشود و به کاهش تشکیل رسوبات ناشی از مواد معدنی آب کمک میکند.
- آکواریوم و شستوشوی خودرو: آب مقطر در برخی کاربردهای مربوط به آکواریوم، شستوشوی خودرو و نظافت نیز مورد استفاده قرار میگیرد.
- صنایع پزشکی و آزمایشگاهی: در محیطهای پزشکی و علمی، آب مقطر برای انجام برخی آزمایشها، تهیه محلولها و شستوشوی تجهیزات کاربرد دارد.
- سیستمهای هیدروپونیک: آب مقطر میتواند در سیستمهای کشت هیدروپونیک نیز مورد استفاده قرار گیرد؛ بهویژه زمانی که کنترل دقیق مواد معدنی موجود در آب اهمیت داشته باشد.
مزایای استفاده از دستگاه آب مقطرگیری
این دستگاه با حذف بخش قابلتوجهی از آلایندههای موجود در آب میتواند یک آب خالص و بدون آلودگی تهیه کند. سایر مزایای استفاده از آن عبارتند از:
- کاهش مواد معدنی مانند فلوراید و برخی فلزات سنگین
- کاهش بسیاری از میکروارگانیسمها
- تولید آب با خلوص بالا
- نصب و راهاندازی نسبتاً ساده
- نیاز کمتر به تجهیزات پیچیده برای فرآیند تصفیه
محدودیتهای دستگاه آب مقطرگیری
با وجود مزایای متعدد، تقطیر آب محدودیتهایی هم دارد که از جمله باید به برقی بودن آن اشاره کنیم که اگر در محیطی باشید که به برق دسترسی نداشته باشید یا برق ساختمان قطع شده باشد، دیگر نمیتوانید از آن استفاده کنید. همچنین در نوع تجاری، مصرف برق بسیار بالاست.
سایر معایب دستگاه آب مقطرگیری عبارتند از:
- تغییر طعم آب: از آنجا که بخش زیادی از مواد معدنی آب حذف میشوند، آب مقطر ممکن است طعم متفاوت و نسبتاً بیمزهای داشته باشد.
- سرعت پایین تولید: تقطیر در مقایسه با برخی روشهای تصفیه، فرآیندی نسبتاً زمانبر است و آب را با سرعت بالایی تولید نمیکند.
- مصرف انرژی نسبتاً بالا: تبدیل آب به بخار به انرژی حرارتی خیلی زیادی نیاز دارد، بنابراین دستگاههای تقطیر در مقایسه با برخی فناوریهای دیگر تصفیه آب مصرف انرژی بیشتری دارند.
نکات و اقدامات احتیاطی هنگام استفاده از دستگاه آب مقطرگیری
برای استفاده ایمن و حفظ عملکرد مناسب دستگاه، باید نکات زیر را رعایت کنید:
- از وجود منبع برق مطمئن اطمینان حاصل کنید.
- جریان آب خنککننده را به طور مداوم بررسی کنید.
- اجازه ندهید محفظه جوش بدون آب کار کند، مگر اینکه دستگاه به سیستم محافظت خودکار مجهز باشد.
- از پر شدن بیش از حد مخزن دریافت آب جلوگیری کنید.
- رسوبات غیرآلی را به صورت دورهای بررسی کنید تا اگر به رسوبزدایی نیاز داشت آن را انجام دهید.
- در مناطقی که آب سخت و حاوی املاح و رسوبات است، عملیات رسوبزدایی باید با فاصله زمانی کوتاهتری انجام شود.
- تمام قسمتهای شیشهای را باید از نظر وجود ترک یا شکستگی بررسی کنید.
- دستگاه را به طور منظم از نظر نشتی بررسی کنید.
- برای جلوگیری از تخلیه کامل بویلر، از وجود مقدار کافی آب در طول فرآیند جوشیدن و جمعآوری آب مقطر مطمئن شوید.
- در صورت فعال شدن هشدار افزایش دما، قبل از راهاندازی مجدد دستگاه، علت واقعی افزایش دمای بویلر را مشخص کنید.
- برای حفظ راندمان دستگاه، برنامه منظم تمیزکاری و نگهداری داشته باشید.
جمعبندی
دستگاه آب مقطرگیری یکی از تجهیزات مهم برای تولید آب با خلوص بالاست که بر پایه دو فرآیند تبخیر و میعان کار میکند. سازوکار آن به این صورت است که ابتدا آب در محفظه جوش حرارت میبیند و بعد به بخار تبدیل میشود، سپس بخار در کندانسور سرد شده و به آب مقطر تبدیل میشود. در این فرآیند، بسیاری از مواد معدنی، نمکهای محلول و آلایندههای غیر فرار در محفظه جوش باقی میمانند.
در این مطلب گفتیم که دستگاههای آب مقطرگیری در انواع دستی، اتوماتیک، خانگی، متصل به سیستم لولهکشی و تجاری تولید میشوند. انتخاب مدل مناسب به میزان مصرف آب، ظرفیت مورد نیاز، کیفیت آب ورودی و نوع کاربرد بستگی دارد. در آزمایشگاهها نیز این تجهیزات برای تولید آب مورد استفاده در آمادهسازی محلولها، شستشوی ظروف، برخی آزمایشهای شیمیایی و فرآیندهای علمی کاربرد دارند.
