日常生活中的 6 个分馏示例_上海亚荣

日常生活中的 6 个分馏示例

威士忌蒸馏

我们在日常生活中会遇到几种混合物。有时,当它们不是作为混合物而是作为单独的成分有价值时,我们会采用几种分离方法来挑选出有益的成分。例如,要清洗脏水,我们可以使用过滤的方法来分离固体杂质。然而,在液体杂质的情况下,过滤不能提纯,因为杂质的粒度与溶液之间的显着差异不大。尽管如此,还有另一个物理特性可以帮助分离过程,即沸点。蒸馏是一种过程,我们可以根据沸点的差异分离两种或多种液体的混合物;然而,如果组成成分的沸点差异小于 25 ºC,则简单的蒸馏无法实现显着提纯。对于这种情况,我们可以通过在设备中增加一个分馏塔来将简单的蒸馏修改为分馏。

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在分馏中,来自蒸馏烧瓶的蒸汽沿分馏塔通过,塑料和玻璃塔板通过为冷凝和蒸发提供更多表面积来改善分离过程。随着蒸气在分馏塔中上升,在一定高度,高沸点组分在塔之间冷凝并返回混合物,而低沸点组分通过塔并在顶部收集。分馏还节省了在多次简单再蒸馏过程中可能遇到的时间和效率损失。理论上,在分馏塔内增加更多的塔板或板可以改善纯化过程,但这也会增加分离所需的时间。分馏有多种工业应用,可为我们提供日常生活中使用的各种产品。让我们来看看我们日常生活中分馏的几个例子。

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1、炼油

如果您有机会参观炼油厂,您可以亲眼目睹地球上技术最先进的分馏塔之一。为我们的汽车发动机提供动力的燃料在地表和海床深处被发现,即原油,也称为石油。它是一种天然存在的黄黑色液体,由碳氢化合物沉积物和其他有机物质组成。这些组件可以有多个应用程序,但当它们混合时则不能。原油中烃类的复杂混合物可以通过分馏技术分离成馏分。在炼油厂,原油被送入温度约为 650 K 的熔炉中。然后从熔炉中流出的蒸汽被送入 25-100 米高的分馏塔,不同的馏分在特定温度范围内凝结。当上升的蒸汽到达温度低于蒸汽沸点的托盘时,它会部分冷凝。当一些蒸汽冷凝成液体时,消散的潜热然后加热更多的液体,液体中更易挥发的成分蒸发,与剩余的蒸汽结合并向上通过塔。挥发性较低的液体流过塔盘并沿管道流向下方的塔盘。从热到冷(从最大到最小的碳氢化合物),馏分的顺序是渣油(用于制造沥青)、燃料油、柴油、煤油、石脑油、汽油和炼油厂气。

2.酒精制造

长期以来,酒精一直是人类文化的重要组成部分,已知最早的证据可以追溯到 9000 年前。事实上,一些人类 DNA 研究表明,我们的祖先在大约 1000 万年前就已经具备了代谢乙醇(仅可饮用的酒精)的能力,远在我们成为人类之前。从啤酒和葡萄酒等软酒精饮料到威士忌和伏特加等硬酒精,酒精有多种口味,几乎可以在世界任何地方找到。制造酒精的基本步骤是发酵——将糖分解成乙醇和二氧化碳的过程。通常允许二氧化碳气体从溶液中逸出。高于 18% 或 19% 的酒精含量通常对酵母有毒并导致细胞死亡。通过蒸馏进一步增加液体中的酒精含量。事实上,蒸馏酒都是通过蒸馏将乙醇浓度提高到高于原始发酵混合物的酒精饮料。酒精蒸馏的原理是基于酒精(78.5 °C 或 173.3 °F)和水(100 °C 或 212 °F)的不同沸点。当含有乙醇的液体被加热到高于 78.5°C 但低于 100°C 的温度并且从液体中流出的蒸汽被冷凝时,冷凝液将具有更高的酒精浓度或强度。分馏可以进一步浓缩酒精,从而产生酒精含量高达 80% v/v 的烈性酒。酒精蒸馏的原理是基于酒精(78.5 °C 或 173.3 °F)和水(100 °C 或 212 °F)的不同沸点。当含有乙醇的液体被加热到高于 78.5°C 但低于 100°C 的温度并且从液体中流出的蒸汽被冷凝时,冷凝液将具有更高的酒精浓度或强度。分馏可以进一步浓缩酒精,从而产生酒精含量高达 80% v/v 的烈性酒。酒精蒸馏的原理是基于酒精(78.5 °C 或 173.3 °F)和水(100 °C 或 212 °F)的不同沸点。当含有乙醇的液体被加热到高于 78.5°C 但低于 100°C 的温度并且从液体中流出的蒸汽被冷凝时,冷凝液将具有更高的酒精浓度或强度。分馏可以进一步浓缩酒精,从而产生酒精含量高达 80% v/v 的烈性酒。

3.空气分离

空气是由大约 78% 的氮气、21% 的氧气、0.93% 的氩气、0.378% 的二氧化碳和其他微量气体(包括水蒸气和其他惰性气体)组成的混合物。这些气体中的大多数具有多种商业和工业价值,可以通过液化过程然后分馏直接从空气中提取。该过程从环境空气过滤开始,其中空气通过过滤器去除任何灰尘颗粒。然后将过滤后的空气压缩到大约 6 巴以进行液化。在压缩过程中,空气中存在的大部分水蒸气都被冷凝出来。当空气通过分子筛网时,剩余的水蒸气与二氧化碳一起被去除。这样做是为了避免在液化过程中形成冰和干冰。净化后的空气然后通过一个热交换器,该热交换器包括一个输送液氮的管道网络。然后让冷的压缩空气迅速膨胀,从而进一步冷却至-200°C,大部分空气在此液化。然后将液化空气通入分馏塔,该塔主要包含三个蒸馏塔。液化空气的分离是基于其组分的不同沸点。液化空气进入第一个蒸馏塔后,温度缓慢升至-176℃,使氮气蒸发并逸出分馏塔。 

4. 香水制造

大自然的气味长期以来一直是人类服装的一部分,但你有没有想过这些来自花卉和植物的气味最终是如何进入喷雾瓶的?整个过程在工业领域被称为香味提取。是指通过蒸馏、溶剂萃取、压榨、筛分或enfleurage等方法从原料中分离出芳香族化合物的过程。提取物的结果是精油、纯油和其他混凝土。原始精油是从薄荷、丁香、茶树和广藿香等各种植物中提取的。分馏在香料工业中的主要作用是将精油加工成高纯度的分离物和芳香化学品。

5. 高纯硅半导体制造

硅是世界上最丰富的半导体元素之一。它存在于岩石、沙子、粘土和土壤中,与氧结合为二氧化硅或与氧和其他元素结合为硅酸盐。在工业规模上,质量最低的硅是冶金级硅(MGS)。制造 MGS 的原料是石英岩(纯氧化硅岩石)。在生产过程中,通过去除氧化物来纯化硅。这是通过将石英岩移入熔炉中使用电极将其熔化来实现的。石英岩被加热到 1900 °C,然后与碳混合,使氧气以一氧化碳的形式离开熔炉。然后将熔融硅从熔炉中取出,然后进一步提纯。在高温和催化剂存在下,MSG 粉末与 HCl 一起暴露在反应器中。硅与 HCl 反应形成三氯硅烷{SiHCl}_{3}氯化硅_ _3. TCS 被液化,然后通过分馏塔,在那里根据沸点去除杂质。这种多晶材料随后被用作生产单晶材料的起点,单晶材料最终被加工成半导体晶片。由于少量的某些污染物对半导体的电性能有如此大的影响,因此大宗原材料必须非常纯净(> 99.99%)。

6、医药行业

化工工程师

制药工业在很大程度上也依赖于分馏。在活性药物成分的配方中,溶剂交换或溶剂交换起着非常重要的作用。执行溶剂交换以去除在较早处理步骤中使用的原始溶剂,并在下一个处理步骤中用更合适的溶剂替换它。它是通过分馏来实现的。交换溶剂与原始溶剂混合物混合,然后装入分馏柱。原始溶剂被蒸馏掉并可以在分馏柱的顶部收集,而交换溶剂与活性药物成分一起在底部收集。通过减少所用溶剂的量和降低能源消耗,同时保持相同的净化水平,可以提高溶剂交换过程的效率。这可以通过在交换期间实时监测溶剂浓度来实现。分馏在制药中用于多种用途,包括烷烃的分离、制药级酒精溶液的生产,甚至大麻的油分解和 THC 浓度的提高。