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分馏

关于这个模拟实验

分馏是原油分馏塔的交互式 3D 工业化学模拟。原油进入底部的加热炉（高达 400 摄氏度），并进入一座高耸的垂直塔，该塔具有向顶部塔顶冷却至 25 摄氏度的稳定温度梯度。六个内部泡罩收集盘在上升的蒸气分子到达温度低于其沸程的盘时捕获冷凝的碳氢化合物馏分。学生可以拖动发光的炉温旋钮、改变原油进料速率、高亮显示从 C1 到 C35+ 的单个碳链长度，并点击任何盘或出口烧瓶来比较沸程、分子间伦敦色散力和工业用途。

学生可以探索什么

  • 从下到上点击 6 个泡罩收集盘中的每一个，以比较从沥青到汽油和炼厂气的碳链长度和沸程。
  • 将橙色炉温旋钮向下拖动至 220 摄氏度，观察哪些较重的碳氢化合物馏分未能汽化并留在底部。
  • 使用碳链高亮滑块分离单一碳氢化合物馏分，并追踪其从炉管上升到冷凝盘的过程。
  • 调高原油进料速率滑块，观察通过泡罩的蒸气流和通过侧管的液体流出如何加速。
  • 在上层盘和加热炉相机视图之间切换，以检查泡罩如何迫使上升的碳氢化合物蒸气在冷凝液体中起泡。

学习目标

  1. 1解释分馏塔内的垂直温度梯度如何根据沸点分离原油碳氢化合物。
  2. 2将碳氢化合物碳链长度与分子表面积、伦敦色散力强度和沸腾温度联系起来。
  3. 3将主要原油馏分按沸点从低到高排序：炼厂气/汽油、石脑油、煤油、柴油、燃料油和沥青。
  4. 4描述泡罩在促进每盘上升蒸气与冷凝液体之间热平衡方面的作用。

教师常问的问题

分馏是如何分离原油的？

原油在加热炉中加热，直到大多数碳氢化合物汽化并进入分馏塔底部（底部热，顶部凉）。随着蒸气穿过盘上升，当盘的温度与其沸点匹配时，每个碳氢化合物馏分在相应高度冷却并冷凝成液体。

为什么更长的碳氢化合物链具有更高的沸点？

较长的烷烃链包含更多电子并具有更大的分子表面积，在分子之间产生更强的瞬时偶极-诱导偶极（伦敦色散）吸引力。需要更多的热能来克服这些吸引力并将分子分离成气体。

塔底的沥青会发生什么？

沥青和重质残渣分子每个链含有 30 到 50 多个碳原子，沸点在 350 摄氏度以上。它们在正常炉温下不会沸腾，并作为来自底盘的厚热液体排出，用于铺路和屋顶防水。

为什么在收集盘上使用泡罩？

泡罩覆盖在每个盘的蒸气上升管上，迫使上升的热气体通过该盘上已经汇集的较冷液体起泡，从而确保高效的热交换和高沸点组分的清洁冷凝。

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