你這個(gè)是我們化工界的經(jīng)典問(wèn)題了,其實(shí)本科搞化工的都應(yīng)該懂,我拋磚引玉一下,簡(jiǎn)單做個(gè)科普。
我們知道酒精揮發(fā),工業(yè)酒精制備主要還是利用酒精與水沸點(diǎn)不同來(lái)分離的(這是簡(jiǎn)單的說(shuō)法,化工領(lǐng)域?qū)I(yè)一點(diǎn)的說(shuō)法叫相對(duì)揮發(fā)度)。酒精沸點(diǎn)比水低,因此加熱的時(shí)候會(huì)先揮發(fā)出來(lái),這樣就實(shí)現(xiàn)了酒精與水的分離。
原理就是是這么簡(jiǎn)單,但是實(shí)際化工生產(chǎn)的時(shí)候就會(huì)遇到問(wèn)題。因?yàn)樵诩訜徇^(guò)程中不是只有酒精揮發(fā)出來(lái),水也會(huì)揮發(fā),只不過(guò)酒精揮發(fā)的比水多而已。所以直接加熱水與酒精的混合物得到的還是水與酒精的混合物,只不過(guò)濃度不同而已。舉個(gè)例子,釀酒過(guò)程中,一般發(fā)酵得到酒酒精度數(shù)最高也就在10%左右,常見(jiàn)的葡萄酒,黃酒都在這個(gè)度數(shù)上。那么為了和到純度高一點(diǎn)的酒,就必須對(duì)這些酒進(jìn)行蒸餾。經(jīng)過(guò)蒸餾的酒度數(shù)能到30%度左右,因?yàn)檎麴s了一次,這種酒就被稱為一鍋頭(經(jīng)評(píng)論區(qū)提醒對(duì)二鍋頭的概念優(yōu)點(diǎn)混淆在這里做個(gè)修正)。可見(jiàn)進(jìn)行簡(jiǎn)單的蒸餾雖然能夠提高酒精的濃度,但是由于蒸餾過(guò)程中水會(huì)被蒸出來(lái),因此整出來(lái)的酒雖然比原來(lái)純度高一些汽油報(bào)警器,但是不可能達(dá)到很高純度。
怎么解決這個(gè)問(wèn)題?
聰明的人大概都想到了,我們把一次蒸餾酒再蒸一次,酒精純度不就更高了嗎?事實(shí)上就是這樣,把一次蒸餾的酒繼續(xù)蒸餾就可以得到二次蒸餾酒。這種酒純度更高,達(dá)到了42%左右。如果這個(gè)過(guò)程持續(xù)進(jìn)行下去就可以得到純度更高的酒精。實(shí)際上工業(yè)上就是這么做的,只不過(guò)我們把一次蒸餾與與二次蒸餾的兩個(gè)蒸鍋像蒸包子的籠屜一樣一層一層的壘起來(lái)。這樣的設(shè)備就是所謂精餾塔,而每一層蒸鍋我們給他們一個(gè)專業(yè)的名稱叫做平衡級(jí)。這就是精餾與蒸餾的差別,精餾是幾個(gè)蒸餾(實(shí)際上是閃蒸)過(guò)程的累加,只有通過(guò)精餾才能得到高純度的物質(zhì)。
那么問(wèn)題由來(lái)了,即使如果我們無(wú)限次的蒸下去,是不是就能夠得到純度接近100%的酒精呢?對(duì)于大部分其他無(wú)物系,比如說(shuō)甲醇-水,這個(gè)答案是肯定的。但對(duì)于水和酒精卻不是這樣。水與酒精是一個(gè)稍微有點(diǎn)特殊的體系,我們把它叫做共沸體系。在這種體系中,當(dāng)乙醇達(dá)到一定濃度(95%)的時(shí)候液相與氣相的揮發(fā)度是一樣的。什么意思呢?就是說(shuō)在乙醇濃度小于95%的時(shí)候,乙醇優(yōu)先被蒸發(fā)出來(lái),乙醇濃度大于95%的時(shí)候,水優(yōu)先被蒸發(fā)出來(lái)。反而乙醇濃度恰好等于95%的時(shí)候二者一起被蒸發(fā)出來(lái)。如果我們從低濃度的酒精開(kāi)始精餾,最后到乙醇濃度達(dá)到95%的時(shí)候,由于乙醇與水被同步蒸發(fā)出來(lái),導(dǎo)致乙醇無(wú)法在氣體中富集,最后濃度無(wú)法提高。這就像我們騎自行車,翻越山峰,我們恰好騎到山頂?shù)臅r(shí)候就在沒(méi)有力氣繼續(xù)騎下去了,只能停在那里。
那么怎樣解決這個(gè)問(wèn)題呢?化工上有兩種思路,一種是把騎車的人往前推一下,把他推過(guò)頂部,之后就是下坡了酒精揮發(fā),騎車的人自然而然就繼續(xù)前進(jìn)了。一種思路是把山整體移動(dòng)一下,原來(lái)騎車的人被卡在山頂,我們現(xiàn)在讓他不動(dòng),然后把山整體移動(dòng)一下,那么這個(gè)騎車的人就會(huì)自然而然到達(dá)下坡的一側(cè),也可以繼續(xù)前進(jìn)。
我們先說(shuō)第一個(gè)思路甲苯報(bào)警器,第一種獲取無(wú)水乙醇的方法就是添加夾帶劑,一般是苯。在乙醇里加入一點(diǎn)苯后,由于苯會(huì)和水形成共沸物,苯會(huì)把水從乙醇里帶出來(lái)。這樣以以來(lái)我們就能得到純的乙醇了。這種方法是早些年做乙醇的方法,這種方法問(wèn)題就是苯有毒,生產(chǎn)上不太安全,據(jù)說(shuō)當(dāng)時(shí)在乙醇工段工作的男女工經(jīng)常不孕不育。
第二種思路就是變壓精餾,相當(dāng)于把山整體移動(dòng)一下。我們得到95%的乙醇以后,讓這個(gè)乙醇進(jìn)到一個(gè)減壓的精餾塔里。在減壓狀態(tài)下,乙醇的共沸點(diǎn)組成發(fā)生了改變(比如說(shuō)變成了90%)這時(shí)候,由于乙醇濃度(95%)大于共沸濃度(90%)導(dǎo)致水優(yōu)先被蒸發(fā)出來(lái),最后得到純的乙醇。
做一個(gè)總結(jié),工業(yè)上不用蒸餾做酒精是因?yàn)橹徽粢淮握舨患?,必須多蒸幾次,多蒸幾次就叫精餾了。另外就是要得到高純度的酒精就必須跨越共沸點(diǎn),目前有兩種方法酒精揮發(fā),一種是苯共沸夾帶,另一種是變壓精餾。至于有人說(shuō)向水里加氧化鈣的,那是化學(xué)家的做法,工業(yè)上不這么干的。
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