우리는 영혼을 만드는 방법을 알고 있으며 (여기서 논의했습니다), 우리는 영혼 (또는 주류)을 만들려면 발효 곡물을 증류해야한다는 것을 알고 있습니다. 증류는 정신 생산에만 사용되는 것이 아닙니다. 화학 엔지니어가 가장 좋아하는 생산 공정 중 하나이며, 모든 종류의 구성 요소를 서로 분리하기에 좋습니다.
석유 및 가스 산업은 제약 산업, 물론 주류 제조업체 없이는 할 수 없었습니다. 증류는 많은 영역에서 근본적인 과정으로 자신의 설명과 주제에 대한 깊은 다이빙을 보증합니다.
왜 증류입니까? - 분리
증류가 얼마나 효과가 어떻게 작동하는지에 대해서도 증류하고 싶은 이유를 알아야합니다. 증류는 많은 분리 과정 중 하나, 즉 다른 유형의 분자를 다른 분자와 분리하는 과정 중 하나입니다. 분리 과정의 또 다른 예는 여과입니다. 필터를 사용하여 입자 (예 :지상 커피)를 액체 (이 커피를 통해 스며 들었던 온수)에서 분리합니다. 증류의 경우 두 개의 액체 (또는 가스)를 서로 분리하고, 특히 잘 섞이고 스스로 분리되지 않는 것 (오일과 물과 같은)을 분리하려고합니다. 증류 중에 화학적 반응이 발생하지 않으며, 발생하는 모든 일은 분리됩니다. 그럼에도 불구하고, 그것은 많은 프로세스에서 필수적입니다.
증류 중에 발생하는 일
단순화를 위해 두 개의 액체 (두 개의 액체에 보관할 것임)를 증류 할 때 혼합물을 가열하기 위해 혼합물을 가열합니다. 그런 다음 장비의 다른 부분 인 응축기에서 증발 된 구성 요소를 캡처합니다. 다시 말해, 끓는점에서 차이를 사용하여 서로 분리합니다. 그러나, 당신은 그다지 쉽게 완전히 분리되지 않을 것입니다. 종종 여러 단계가 필요하며 심지어 물과 알코올의 경우와 같이 완전히 분리 할 수 없습니다.
일부 이론 - 수분/가스 평형
증류가 어떻게 작용하는지를 올바르게 설명하려면 먼저 열역학 이론을 다루어야합니다.
실온에서 닫힌 물 용기가 있다고 상상해보십시오. 거의 모든 물은 액체가 될 것입니다. 그러나 실온에서도 그 물 중 일부는 액체 위에 떠 다니는 가스로 존재합니다. 이것을 볼 수는 없지만. 이것은 열역학적 현상에 의해 지배됩니다.
이것을 시각화하는 좋은 방법은 그 용기를 가져 와서 히터 옆에 다른 차가운 방에 놓는 것입니다. 해당 용기의 뚜껑 바닥에 일부 물방울이 형성됨을 알 수 있습니다. 가스의 일부는 차가운 덮개에 닿아 응축을 일으켰습니다. 시간이 지남에 따라 용기에서 뚜껑을 떠나면 용기가 마르고 모든 물이 증발하여 사라질 이유도 있습니다.
용기의 온도가 따뜻할수록 그 액체의 더 많은 액체가 가스가되어 물 위에 떠 있습니다. 끓는점까지 더 가열하면 모든 액체가 증발하고 가스로 전환되기 시작합니다.
더 많은 이론 - Raoult 's Law
그러나 증류에는 하나의 구성 요소가없고, 적어도 두 개의 화합물이 혼합되어 있습니다. 이상적인 경우 Raoult의 법칙은 액체 위에 떠 다니는 것의 구성이 무엇인지 설명합니다. 대부분의 경우, 그 경우는 두 개의 다른 분자의 혼합물이 될 것이기 때문입니다! Raoult의 법칙은 혼합물의 각 성분에 대한 액체 대 기체 분자의 %를 계산하는 방법을 설명합니다. 두 성분 각각의 분수를 원래 액체 혼합물 (예 :50:50)을 알면이 법칙을 사용하여 혼합물 위에 떠있는 가스의 조성을 계산할 수 있습니다. 이 법의 중요한 개념은 혼합물 위의 가스의 조성이 액체의 조성과 동일하지 않은 것보다 더 자주한다는 것입니다. 순수하거나 하나의 구성 요소가 존재하지 않습니다. 또한 끓는점의 차이는 증발의 용이성 차이로 이어질 것이라고 설명합니다.
알코올 및 물 혼합물
이제 두 액체의 혼합물을 되돌아 보겠습니다. 음료 산업에서 알코올 (에탄올)과 물의 일반적인 예를 사용할 것입니다. 물은 100C (212F)의 끓는점을 가지며 알코올은 약 1의 끓는점을 갖는다. 78C (172f). 알코올의 끓는점이 낮기 때문에 더 쉽게 증발합니다. 결과적으로, Raoult의 법칙은 혼합물 위의 가스가 액체 혼합물보다 더 높은 비율의 알코올을 함유한다고 말할 것입니다. 증류 중에 우리는이 현상을 사용하여 두 액체를 분리합니다.
가열 알코올 및 물
증류 중에 액체 혼합물 (물 + 알코올)을 가열합니다. 결과적으로 액체의 일부가 증발 할 것입니다. 이 가스는 두 성분의 혼합물이지만 가장 낮은 끓는점 (우리의 경우 알코올)을 가진 더 많은 성분을 포함합니다.
그런 다음이 가스는 다른 지역 인 응축기로 이동합니다. 이 구역은 더 차갑고 결과적으로 가스는 액체로 다시 돌아옵니다. 이 새로운 액체는 이제 원래 액체보다 훨씬 더 많은 알코올을 함유 할 것입니다. 이것은 가장 간단한 1 단계 증류 과정입니다.
다단계 증류
대부분의 경우 한 단계 분리만으로는 충분하지 않습니다. 영혼의 경우, 우리는 아직 충분한 알코올이 없을 수도 있고 수분 함량이 여전히 너무 높을 수 있습니다. 따라서 많은 증류 과정은 여러 단계 또는 단계로 구성됩니다. 각 단계에서는 더 낮은 끓는점으로 약간 더 많은 구성 요소를 얻습니다.
이 단계들 사이에서 당신은 혼합물을 압축 할 수 있지만 대부분의 경우 단계는 넓은 증류탑에서 다른 '트레이'로 분리됩니다. 트레이는 서로 위에 쌓이고 각 트레이 레벨에서 온도가 약간 다릅니다. 바닥에서 가장 뜨겁고 상단에서 가장 춥습니다. 가스는 트레이를 통해 이동하는 반면 액체는 아래로 이동합니다. 각 트레이에서 온도는 약간 다르기 때문에 에탄올의 균형 :각 트레이마다 물이 변합니다. 탑의 꼭대기에는 알코올 농도가 가장 높지만 아래에는 대부분의 물이 있습니다. 대형 산업 단지에서 이것은 원래 혼합물을 지속적으로 갱신하고 나머지 스트림을 탭하는 비 층간 연속 공정입니다.
소스
Katzen, R., et al., 에탄올 증류 :기초, 18 장, 링크; 에탄올/물 증류를 정말로 이해하고 싶은 사람들을 위해
증류에 대한 Raoult의 법칙, Link
