作為一名工程師或工科學生，您一直在尋找快速簡便地分離和純化液體混合物的方法。
但是您可能不知道共沸蒸餾。
這個過程不僅可以分離混合物，還可以得到純淨的成分，這是傳統蒸餾方法很難做到的。
共沸蒸餾是一個複雜但有趣的過程，在工程和化學工業中變得非常重要。
在本文中，我將解釋共沸蒸餾的工作原理，以及它的優點、缺點和常見用途。
有了這些知識，您將能夠將您的分離技術提升到一個新的水平。
共沸蒸餾簡介
正式定義：
借助附加物質或溶劑將液體混合物分離成純組分的過程。
共沸蒸餾是一種通過製造共沸物來分離混合物各部分的方法，共沸物是在相同溫度下沸騰的部分的混合物。
不能使用蒸餾將這種混合物分離成它的部分，因為所有部分都具有相同量的蒸氣和液體。
另一方面，萃取蒸餾是一種類似的分離混合物的方法，但它不是使用夾帶劑，而是使用溶劑來分離混合物。
共沸蒸餾
在共沸蒸餾中，夾帶劑用於改變混合物不同部分的揮發性，從而可以將它們分離。
通過將一種或多種組分與夾帶劑結合，可以製成一種新的共沸物。
這種新的共沸物可以通過分餾從原始混合物中分離出來。
夾帶劑通常是混合物中與其他部分相比具有低沸點和高相對揮發性的部分。
如果混合物形成最小沸點共沸物，即沸點最低的共沸物，則夾帶劑將與原始混合物中較易揮發的部分結合形成共沸物。
在這種情況下，加入夾帶劑時形成的沸點最低的共沸物首先蒸發。
這稱為餾出物。
否則，如果與夾帶劑形成具有最高沸點的共沸物，則原始混合物中較易揮發的部分將首先蒸發。
這使得分餾可以分離原始混合物的各個部分。
萃取蒸餾
在萃取蒸餾中，每種混合物必須使用不同的分離溶劑，並且溶劑不應形成共沸物。
溶劑改變了混合物的氣液平衡，這使得分離各部分成為可能。
萃取蒸餾可用於分離易於形成共沸物的混合物，而共沸蒸餾則無法做到這一點。
恆沸混合物
以恆定速率沸騰的混合物，也稱為“共沸”混合物，對不太理想的混合物（共沸物）的分餾有影響。
如果拉烏爾定律以正向方式被打破，它會產生一個最大值不是純 A 或純 B 的蒸氣壓曲線。
如果這些混合物有大量蒸汽，它們的沸點就會很低。
分子很容易移動，僅靠分餾不足以得到純乙醇，因為它仍然含有水和其他雜質。
複雜分離的藝術：探索共沸蒸餾
仍然難以獲得和理解？讓我稍微改變一下觀點：
您是否厭倦了只分離混合物而不增加任何額外天賦的陳舊乏味的蒸餾過程？你想讓你的分離技術變得比他們需要的更難和更混亂嗎？好吧，我有答案給你！共沸蒸餾是一種將簡單分離轉化為額外物質和溶劑的過程。
既然可以使用兩種或三種，為什麼只使用一種來分離混合物呢？當您可以復雜時，谁愿意簡單？共沸蒸餾：有時，清理零件的最佳方法是使過程盡可能複雜。
好吧，那隻是一個偽裝成電視廣告的笑話。現在讓我們回到解釋。
共沸蒸餾過程
與其他分離物質的方法相比，共沸蒸餾有很多優勢，例如分離夾帶劑和您想要的產品非常容易、使用起來非常容易、使用的能量非常少以及價格便宜。
培訓師的類型
對於共沸蒸餾，存在三種類型的夾帶劑：均相、非均相和萃取劑。
均質夾帶劑可以與飼料的所有成分混合，但非均質夾帶劑形成不能混合的兩個液相。
萃取夾帶劑不會與任何進料成分形成共沸物。
相反，它們根據極性僅去除極性較大或極性較小的成分。
均相和非均相共沸蒸餾
有兩種類型的共沸蒸餾，稱為均相和非均相，這取決於夾帶劑與進料混合物的相互作用方式。
均相共沸蒸餾比多相共沸蒸餾更易於使用且更有效，因為夾帶劑可以與進料中的所有組分混合。
另一方面，多相共沸蒸餾使用不能與進料混合物的任何部分混合的夾帶劑。
這可能會導致色譜柱因壓力的微小變化而失效，或者傾析器因小洩漏而關閉。
因此，它比均相共沸蒸餾更受運行方式的影響。
共沸蒸餾的局限性
共沸蒸餾有一些好處，但也有一些問題。
如果某些溶液在汽液平衡狀態下具有共沸物，則它們也不能通過蒸餾分離。
此外，共沸劑的選擇會對工藝產生很大影響，如果處理不當，還會污染環境。
此外，使用共沸蒸餾仍然會消耗大量能量，並且可能無法始終產生目標產品所需的純度水平。
共沸蒸餾的應用
乙醇脫水
使用共沸蒸餾的最廣為人知的方法之一是從乙醇和水的混合物中除去水。
共沸混合物進入最後一個塔，這是共沸蒸餾發生的地方。
過去為此使用了許多不同的夾帶劑，但使用最多的是苯，直到發現它會致癌。
大多數時候，環己烷在現代科學中被用來打破乙醇-水共沸物。
這個過程在燃料乙醇工業中非常重要，需要從乙醇中去除水分以防止發動機發生故障並增加燃料混合物中的乙醇含量。
多相共沸蒸餾
添加形成分離相的夾帶劑是工業共沸蒸餾方法子集的一部分。
與萃取蒸餾類似，這種添加夾帶劑形成新相的過程稱為夾帶。
使用這種方法的一種常見方法是將苯與水和乙醇混合，製成一種新的非均相共沸物，其沸點較低，可以用通常的方法進行分離。
這種方法對於去除有機溶劑中的雜質、清潔精油和回收碳氫化合物特別有用。
其他用途
除了乙醇脫水和非均相共沸蒸餾外，共沸蒸餾在工業上還有許多用途，例如：
- 可以使用共沸蒸餾分離具有幾乎相同物理和化學性質的異構體。
- 共沸蒸餾用於製藥、化學和聚合物行業，以從廢物流中回收溶劑。
- 使用稱為共沸蒸餾的過程從天然氣流中取出酸性氣體。
- 精油的分離：共沸蒸餾用於從植物物質中分離和清潔精油。
- 從溶劑中去除水：共沸蒸餾用於化學和製藥行業以去除溶劑中的水。
共沸蒸餾的挑戰
共沸蒸餾是分離共沸混合物的好方法，但它會帶來一些挑戰，必須應對這些挑戰才能獲得最佳結果。
導師選擇：
在AD過程的綜合和概念設計中，夾帶劑的選擇非常重要，因為它決定了分離的順序。
夾帶劑必須與混合物的一種成分形成強共沸物，並且易於與您想要的產品分離。
夾帶劑的選擇影響產品的質量和純度，如果使用不當還會污染環境。
過量的夾帶劑效應：
添加過量的夾帶劑會導致能量消耗增加，因為額外的夾帶劑必須與所需產品分離。
這會增加產品的製造成本，也可能會降低其質量。
在某些情況下，過量的夾帶劑可能會導致形成第三種共沸物，這會使分離過程複雜化。
導師不足：
如果您使用的夾帶劑太少，產品可能無法完全分離或可能不那麼純淨。
因此，在共沸蒸餾中，應優化夾帶劑的用量，以便以最少的能量和成本達到所需的分離和純度水平。
如何製造共沸物：
當夾帶劑改變共沸混合物的相對揮發性時，它會形成最大沸點或最小沸點共沸物。
添加夾帶劑可以進一步提高共沸組分的純度。
但是如果您選擇太多或太少的夾帶劑，它會改變分離過程的效果。
共沸點之後：
將共沸混合物蒸餾到超過其共沸點是可能的，但該過程使用替代的成本密集型分離技術，如變壓蒸餾。
重要的是找到適量的夾帶劑以獲得良好的分離，而不是試圖蒸餾超過共沸點。
共沸蒸餾實踐
共沸蒸餾中的夾帶劑
因為它能與水形成低沸點的共沸物，所以苯常被用作共沸物蒸餾的夾帶劑。
不過，甲苯比苯好，因為苯會致癌。
如果夾帶劑可以與進料混合物中的一種組分結合以製造新的共沸物，則它會很好地發揮作用。
這改變了組分的相對揮發性並使分離它們成為可能。
夾帶劑應該很容易從您想要的產品中分離出來，您可以通過蒸餾、傾析或其他一些方法將其取回。
在共沸蒸餾中，夾帶劑過多的影響取決於所使用的系統。
當添加過多的夾帶劑時，使用的能量會增加，因為額外的夾帶劑必須與所需產品分離。
這會增加產品的製造成本，也可能會降低其質量。
有時，夾帶劑過多會導致形成第三種共沸物，這會使分離過程更加困難。
另一方面，如果您使用的夾帶劑太少，產品可能不會完全分離或可能不那麼純淨。
因此，應使用適量的夾帶劑，以最少的能量和成本獲得所需的分離和純度水平。
低共熔溶劑 (DES) 作為共沸蒸餾的夾帶劑越來越受歡迎，因為它們比傳統溶劑更環保。
苯-環己烷和乙腈-水等共沸混合物很容易用 DES 分離。
DES 也可用於稱為“萃取蒸餾”的技術，該技術類似於蒸餾，包括添加溶劑以提取進料混合物的一部分。
共沸蒸餾與蒸汽蒸餾的比較
通過蒸汽蒸餾，可以將天然芳香化合物等熱敏物質與有機物質分離。
另一方面，共沸蒸餾用於分離共沸混合物的各部分。
共沸混合物很難用傳統蒸餾法分離，因為它們的沸點保持不變，而且蒸汽與液體混合物相同。
由於水蒸氣蒸餾是用來分離對熱敏感的物質，所以很難說水和甲苯的共沸溫度是多少。
另一方面，甲苯和水在 84.1°C 時形成共沸混合物，由 22.85% 的水和 77.15wt% 的甲苯組成。
由於它的作用類似於單一化合物，因此甲苯和水的混合物無法通過簡單蒸餾進一步分離。
您可以通過使用夾帶劑的共沸蒸餾或使用溶劑的萃取蒸餾來分離這種混合物。
視頻：共沸物置換和分離
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用例
| 用於： | 描述： |
|---|---|
| 清洗水 | 共沸蒸餾通常用於清潔水，特別是在需要超純水的半導體和電子行業。在夾帶劑的幫助下，共沸蒸餾可以得到雜質很少的水，可以在敏感情況下使用。 |
| 溶劑回收 | 共沸蒸餾用於從反應混合物中分離溶劑。這樣可以回收並再次使用昂貴或難以找到的溶劑。例如，共沸蒸餾可用於將乙醇與水分離，然後可將其用於製造生物燃料或用於其他工業用途。 |
| 精油萃取 | 從植物中提取精油的一種流行方法是使用共沸蒸餾。使用夾帶劑，共沸蒸餾比傳統的蒸汽蒸餾可以從植物中提取更多的精油。這意味著油的質量更高，產量更高。 |
| 聚合物提純 | 共沸蒸餾可用於去除聚合物中可能改變其性能或性能的雜質。例如，共沸蒸餾可用於通過去除可能改變聚合物工作方式的任何剩餘單體和其他雜質來清潔聚苯乙烯。 |
| 醫藥生產 | 共沸蒸餾通常用於在藥物生產過程中分離和淨化反應混合物。例如，共沸蒸餾可用於分離和清潔抗生素製造過程中的反應混合物，從而獲得高純度產品。 |
結論
總之，共沸蒸餾是將復雜混合物分離成純淨部分的有用方法。
它是工程師和科學家的強大工具，因為它具有快速製造純組件的獨特能力。
但是，與任何分離方法一樣，它也有其局限性，需要仔細考慮混合物的成分、夾帶劑的選擇以及工藝條件才能很好地發揮作用。
當您繼續研究共沸蒸餾的可能性時，請記住，這個過程不僅是一項技術挑戰，也是創造性解決問題和產生新想法的機會。
如果您以正確的方式考慮共沸蒸餾，它可以帶來新的工程發現和想法。
因此，保持開放的心態並嘗試新事物。有很多選擇。
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