不涉及化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程稱為單元活動(dòng)。單元操作只涉及過(guò)程中所涉及物質(zhì)的物理變化。它們是引起物質(zhì)物理變化的機(jī)器。發(fā)生物理變化的原因各不相同。一般來(lái)說(shuō)，單元操作的工作步驟是在物質(zhì)進(jìn)入化學(xué)反應(yīng)之前進(jìn)行的，這樣化學(xué)反應(yīng)才能順利進(jìn)行。

物理變化可能包括蒸發(fā)、凝結(jié)、結(jié)晶和其他相變。由于冷凝和蒸發(fā)是在塔內(nèi)進(jìn)行的，因此蒸餾是一種獨(dú)特的工藝。結(jié)晶器和蒸發(fā)器也是單一工藝的一部分。接下來(lái)，我們就來(lái)講講“蒸餾”這個(gè)重要的單元操作。

一、蒸餾

在工藝工程中，對(duì)液體混合物中的某一組分進(jìn)行有控制的沸騰和冷凝稱為蒸餾。這是一種分離過(guò)程，用于提高混合物中某種成分的濃度或分離混合物中(幾乎)純凈的成分。當(dāng)兩種液體的沸點(diǎn)不同時(shí)，可通過(guò)強(qiáng)制其中一種液體變成氣體來(lái)進(jìn)行蒸餾。

在實(shí)驗(yàn)室中，液體混合物通常分批進(jìn)行蒸餾，而工業(yè)蒸餾通常是連續(xù)進(jìn)行的，要求混合物保持恒定。

1.道爾頓和拉烏爾蒸餾定律

液體要沸騰，溫度必須升高到蒸汽壓力等于環(huán)境壓力的水平。在沸點(diǎn)處，容器底部開(kāi)始形成蒸汽泡，導(dǎo)致液體蒸發(fā)。

液體混合物的蒸餾過(guò)程受拉烏爾定律和道爾頓定律的支配。拉烏爾定律指出，液體成分的理想組合中，有一種成分的分子量與其他成分相同，蒸汽壓力也相同。威廉-道爾頓提出的分壓定律可用于計(jì)算氣體混合物施加的總壓力。

當(dāng)加熱液體混合物時(shí)，各組分的蒸汽壓力會(huì)增加，從而導(dǎo)致總蒸汽壓力增加。因此，在給定的成分和壓力下，混合物不可能有很多沸點(diǎn)。

2.無(wú)法通過(guò)蒸餾從混合物中完全提純一種成分

當(dāng)液體混合物達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)，所有揮發(fā)性成分都會(huì)蒸發(fā)。所產(chǎn)生的蒸氣中某一成分的含量是根據(jù)其在混合物總蒸氣壓中所占的比例來(lái)測(cè)量的。其結(jié)果是，大部分分壓較高的化合物處于氣相，而大部分分壓較低的化合物處于液相。

通過(guò)蒸餾從混合物中分離出完全純凈的成分是很困難的，幾乎是不可能的，因?yàn)橐后w混合物中的成分不可能分壓為零。如果混合物中一種成分的分壓接近于零，則可以得到高純度的成分。

二、蒸餾類型

1.分餾

分餾通常用于沸點(diǎn)相近的液體混合物。它包括幾個(gè)蒸汽冷凝步驟(在分餾塔中進(jìn)行)。這也稱為校正。

當(dāng)液體混合物被加熱時(shí)，會(huì)汽化并上升到分餾塔。蒸汽隨后在冷凝器壁上冷凝并冷卻。來(lái)自蒸餾裝置的加熱蒸氣可以重新加熱冷凝蒸氣，形成新的蒸氣，這些蒸氣中的某些部分會(huì)返回蒸餾塔。這樣的汽化-冷凝循環(huán)有很多次，每次蒸餾物的質(zhì)量都會(huì)提高。

2.蒸汽蒸餾

當(dāng)液體混合物中含有熱敏性成分時(shí)，通常使用蒸汽蒸餾來(lái)分離它們。具體做法是將蒸汽通過(guò)略微加熱的混合物，使其中的一部分汽化。這種方法無(wú)需高溫即可實(shí)現(xiàn)高熱傳導(dǎo)。通過(guò)冷凝產(chǎn)生的蒸汽，就可以得到所需的蒸餾物。蒸汽蒸餾是從多種芳香植物和花卉中提取精油和植物蒸餾物的一種工藝。

3.真空蒸餾

真空蒸餾是從高沸點(diǎn)液體混合物中分離所需成分的理想方法。在高溫下沸騰這些物質(zhì)并不是分離它們的合適方法。必要時(shí)，可降低外部壓力。可以在較低的溫度和較小的外部壓力下沸騰該成分。當(dāng)一種成分的蒸汽壓力等于環(huán)境壓力時(shí)，它就會(huì)轉(zhuǎn)化為蒸汽。蒸汽被冷凝和收集，形成蒸餾物。真空蒸餾技術(shù)還可用于回收因長(zhǎng)時(shí)間高溫加熱而發(fā)生變化的高純度化合物。

4.對(duì)空氣敏感的真空蒸餾

真空蒸餾技術(shù)適用于對(duì)空氣敏感并容易與空氣發(fā)生反應(yīng)的材料，但在工藝完成后必須用惰性氣體取代真空。 這種方法稱為對(duì)空氣敏感的真空蒸餾。

5.短程蒸餾

短程蒸餾用于在高溫下提純少量的揮發(fā)性分子。這種蒸餾在較低的壓力下進(jìn)行，蒸餾物在濃縮前通常只經(jīng)過(guò)很短的距離(因此稱為 "短路徑")。 由于蒸餾物經(jīng)過(guò)的距離較短，因此通過(guò)儀器壁的損失較少。

6.區(qū)域蒸餾

分區(qū)蒸餾是一種部分壓縮材料并冷凝蒸汽以獲得透明蒸餾物的過(guò)程。這是通過(guò)在長(zhǎng)容器中使用分區(qū)加熱器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

三、重要應(yīng)用

許多水凈化過(guò)程都在很大程度上依賴于蒸餾。一些海水淡化廠使用這種方法從鹽水中提取飲用水。蒸餾水有多種用途，包括鉛酸電池和小容量加濕器。這種方法可用于凈化各種發(fā)酵產(chǎn)品，包括酒精飲料。

蒸餾用于從植物和草藥中提取多種食品香氣和味道。石油穩(wěn)定化是蒸餾的一種，它可以降低原油的蒸汽壓，使其可以安全地儲(chǔ)存和運(yùn)輸。

低溫蒸餾法可用來(lái)將空氣分離成氮?dú)狻⒀鯕夂蜌鍤狻Ｔ诟蠓秶鷥?nèi)，蒸餾可用于凈化化學(xué)合成的液體產(chǎn)品。

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