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          日常生活中的 6 個分餾示例

          威士忌蒸餾

          我們在日常生活中會遇到幾種混合物。有時,當它們不是作為混合物而是作為單獨的成分有價值時,我們會采用幾種分離方法來挑選出有益的成分。例如,要清洗臟水,我們可以使用過濾的方法來分離固體雜質。然而,在液體雜質的情況下,過濾不能提純,因為雜質的粒度與溶液之間的顯著差異不大。盡管如此,還有另一個物理特性可以幫助分離過程,即沸點。蒸餾是一種過程,我們可以根據沸點的差異分離兩種或多種液體的混合物;然而,如果組成成分的沸點差異小于 25 oC,則簡單的蒸餾無法實現顯著提純。對于這種情況,我們可以通過在設備中增加一個分餾塔來將簡單的蒸餾修改為分餾。

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          在分餾中,來自蒸餾燒瓶的蒸汽沿分餾塔通過,塑料和玻璃塔板通過為冷凝和蒸發提供更多表面積來改善分離過程。隨著蒸氣在分餾塔中上升,在一定高度,高沸點組分在塔之間冷凝并返回混合物,而低沸點組分通過塔并在頂部收集。分餾還節省了在多次簡單再蒸餾過程中可能遇到的時間和效率損失。理論上,在分餾塔內增加更多的塔板或板可以改善純化過程,但這也會增加分離所需的時間。分餾有多種工業應用,可為我們提供日常生活中使用的各種產品。讓我們來看看我們日常生活中分餾的幾個例子。

          文章索引(點擊跳轉)

          1、煉油

          如果您有機會參觀煉油廠,您可以親眼目睹地球上技術最先進的分餾塔之一。為我們的汽車發動機提供動力的燃料在地表和海床深處被發現,即原油,也稱為石油。它是一種天然存在的黃黑色液體,由碳氫化合物沉積物和其他有機物質組成。這些組件可以有多個應用程序,但當它們混合時則不能。原油中烴類的復雜混合物可以通過分餾技術分離成餾分。在煉油廠,原油被送入溫度約為 650 K 的熔爐中。然后從熔爐中流出的蒸汽被送入 25-100 米高的分餾塔,不同的餾分在特定溫度范圍內凝結。當上升的蒸汽到達溫度低于蒸汽沸點的托盤時,它會部分冷凝。當一些蒸汽冷凝成液體時,消散的潛熱然后加熱更多的液體,液體中更易揮發的成分蒸發,與剩余的蒸汽結合并向上通過塔。揮發性較低的液體流過塔盤并沿管道流向下方的塔盤。從熱到冷(從最大到最小的碳氫化合物),餾分的順序是渣油(用于制造瀝青)、燃料油、柴油、煤油、石腦油、汽油和煉油廠氣。

          2.酒精制造

          長期以來,酒精一直是人類文化的重要組成部分,已知最早的證據可以追溯到 9000 年前。事實上,一些人類 DNA 研究表明,我們的祖先在大約 1000 萬年前就已經具備了代謝乙醇(僅可飲用的酒精)的能力,遠在我們成為人類之前。從啤酒和葡萄酒等軟酒精飲料到威士忌和伏特加等硬酒精,酒精有多種口味,幾乎可以在世界任何地方找到。制造酒精的基本步驟是發酵——將糖分解成乙醇和二氧化碳的過程。通常允許二氧化碳氣體從溶液中逸出。高于 18% 或 19% 的酒精含量通常對酵母有毒并導致細胞死亡。通過蒸餾進一步增加液體中的酒精含量。事實上,蒸餾酒都是通過蒸餾將乙醇濃度提高到高于原始發酵混合物的酒精飲料。酒精蒸餾的原理是基于酒精(78.5 °C 或 173.3 °F)和水(100 °C 或 212 °F)的不同沸點。當含有乙醇的液體被加熱到高于 78.5°C 但低于 100°C 的溫度并且從液體中流出的蒸汽被冷凝時,冷凝液將具有更高的酒精濃度或強度。分餾可以進一步濃縮酒精,從而產生酒精含量高達 80% v/v 的烈性酒。酒精蒸餾的原理是基于酒精(78.5 °C 或 173.3 °F)和水(100 °C 或 212 °F)的不同沸點。當含有乙醇的液體被加熱到高于 78.5°C 但低于 100°C 的溫度并且從液體中流出的蒸汽被冷凝時,冷凝液將具有更高的酒精濃度或強度。分餾可以進一步濃縮酒精,從而產生酒精含量高達 80% v/v 的烈性酒。酒精蒸餾的原理是基于酒精(78.5 °C 或 173.3 °F)和水(100 °C 或 212 °F)的不同沸點。當含有乙醇的液體被加熱到高于 78.5°C 但低于 100°C 的溫度并且從液體中流出的蒸汽被冷凝時,冷凝液將具有更高的酒精濃度或強度。分餾可以進一步濃縮酒精,從而產生酒精含量高達 80% v/v 的烈性酒。

          3.空氣分離

          空氣是由大約 78% 的氮氣、21% 的氧氣、0.93% 的氬氣、0.378% 的二氧化碳和其他微量氣體(包括水蒸氣和其他惰性氣體)組成的混合物。這些氣體中的大多數具有多種商業和工業價值,可以通過液化過程然后分餾直接從空氣中提取。該過程從環境空氣過濾開始,其中空氣通過過濾器去除任何灰塵顆粒。然后將過濾后的空氣壓縮到大約 6 巴以進行液化。在壓縮過程中,空氣中存在的大部分水蒸氣都被冷凝出來。當空氣通過分子篩網時,剩余的水蒸氣與二氧化碳一起被去除。這樣做是為了避免在液化過程中形成冰和干冰。凈化后的空氣然后通過一個熱交換器,該熱交換器包括一個輸送液氮的管道網絡。然后讓冷的壓縮空氣迅速膨脹,從而進一步冷卻至-200°C,大部分空氣在此液化。然后將液化空氣通入分餾塔,該塔主要包含三個蒸餾塔。液化空氣的分離是基于其組分的不同沸點。液化空氣進入第一個蒸餾塔后,溫度緩慢升至-176℃,使氮氣蒸發并逸出分餾塔。 

          4. 香水制造

          大自然的氣味長期以來一直是人類服裝的一部分,但你有沒有想過這些來自花卉和植物的氣味最終是如何進入噴霧瓶的?整個過程在工業領域被稱為香味提取。是指通過蒸餾、溶劑萃取、壓榨、篩分或enfleurage等方法從原料中分離出芳香族化合物的過程。提取物的結果是精油、純油和其他混凝土。原始精油是從薄荷、丁香、茶樹和廣藿香等各種植物中提取的。分餾在香料工業中的主要作用是將精油加工成高純度的分離物和芳香化學品。

          5. 高純硅半導體制造

          硅是世界上最豐富的半導體元素之一。它存在于巖石、沙子、粘土和土壤中,與氧結合為二氧化硅或與氧和其他元素結合為硅酸鹽。在工業規模上,質量最低的硅是冶金級硅(MGS)。制造 MGS 的原料是石英巖(純氧化硅巖石)。在生產過程中,通過去除氧化物來純化硅。這是通過將石英巖移入熔爐中使用電極將其熔化來實現的。石英巖被加熱到 1900 °C,然后與碳混合,使氧氣以一氧化碳的形式離開熔爐。然后將熔融硅從熔爐中取出,然后進一步提純。在高溫和催化劑存在下,MSG 粉末與 HCl 一起暴露在反應器中。硅與 HCl 反應形成三氯硅烷{SiHCl}_{3}氯化硅_ _3. TCS 被液化,然后通過分餾塔,在那里根據沸點去除雜質。這種多晶材料隨后被用作生產單晶材料的起點,單晶材料最終被加工成半導體晶片。由于少量的某些污染物對半導體的電性能有如此大的影響,因此大宗原材料必須非常純凈(> 99.99%)。

          6、醫藥行業

          化工工程師

          制藥工業在很大程度上也依賴于分餾。在活性藥物成分的配方中,溶劑交換或溶劑交換起著非常重要的作用。執行溶劑交換以去除在較早處理步驟中使用的原始溶劑,并在下一個處理步驟中用更合適的溶劑替換它。它是通過分餾來實現的。交換溶劑與原始溶劑混合物混合,然后裝入分餾柱。原始溶劑被蒸餾掉并可以在分餾柱的頂部收集,而交換溶劑與活性藥物成分一起在底部收集。通過減少所用溶劑的量和降低能源消耗,同時保持相同的凈化水平,可以提高溶劑交換過程的效率。這可以通過在交換期間實時監測溶劑濃度來實現。分餾在制藥中用于多種用途,包括烷烴的分離、制藥級酒精溶液的生產,甚至大麻的油分解和 THC 濃度的提高。

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