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分餾

關於這個模擬實驗

分餾是原油分餾塔的互動式 3D 工業化學模擬。原油進入底部的加熱爐（高達 400 攝氏度），並進入一個高大的垂直塔，塔內具有穩定的溫度梯度，向頂部穹頂冷卻至 25 攝氏度。六個內部泡罩收集托盤在上升的蒸氣分子到達比其沸點範圍低的托盤時捕捉凝結的碳氫化合物餾分。學生可以拖動爐温旋鈕、改變原油進料速率、突顯從 C1 到 C35+ 的單獨碳鏈長度，並點擊任何托盤或出口燒瓶以比較沸點範圍、分子間倫敦色散力和工業用途。

學生可以探索什麼

  • 從底部到頂部點擊 6 個泡罩收集托盤中的每一個，以比較從瀝青到汽油和煉油氣的碳鏈長度和沸點範圍。
  • 將橙色爐溫旋鈕向下拖動至 220 攝氏度，並觀察哪些較重的碳氫化合物餾分未能汽化並留在底部。
  • 使用碳鏈突顯滑桿分離單個碳氫化合物餾分，並追蹤其從爐管上升到冷凝托盤的過程。
  • 提高原油進料速率滑桿，並觀察透過泡罩的蒸氣流動和透過側管的液體流出如何加速。
  • 在上方托盤和爐具相機視圖之間切換，以檢查泡罩如何迫使上升的碳氫化合物蒸氣透過已冷凝的液體起泡。

學習目標

  1. 1解釋分餾塔內部的垂直溫度梯度如何根據沸點分離原油碳氫化合物。
  2. 2將碳氫化合物碳鏈長度與分子表面積、倫敦色散力強度以及沸點溫度聯繫起來。
  3. 3將主要原油餾分按沸點從低到高排序：煉油氣/汽油、石腦油、煤油、柴油、燃料油和瀝青。
  4. 4描述泡罩在促進每個托盤上上升蒸氣與冷凝液體之間熱平衡的作用。

教師常問的問題

分餾如何分離原油？

原油在爐中加熱，直到大部分碳氫化合物 vaporize 並進入分餾塔底部（底部熱，頂部涼）。當蒸氣透過托盤上升時，每種碳氫化合物餾分在托盤溫度与其沸點相匹配的高度冷凝成液體。

為什麼較長的碳氫化合物鏈具有更高的沸點？

較長的烷烴鏈含有更多電子並具有更大的分子表面積，在分子之間產生更強的暫時偶極誘導偶極（倫敦色散）吸引力。需要更多的熱能來克服這些吸引力並將分子分離成氣體。

塔底部的瀝青會發生什麼事？

瀝青和重質殘餘物分子每個鏈含有 30 到 50 多個碳原子，沸點高於 350 攝氏度。它們在正常爐溫下不會沸騰，並作為濃熱液體從底盤抽出，用於鋪路和屋頂防水。

為什麼收集托盤上使用泡罩？

泡罩覆蓋了每個托盤上的蒸氣上升管，並迫使上升的熱氣透過已經匯集在該托盤上的較冷液體冒泡，從而確保高沸點組件的高效熱交換和乾淨冷凝。

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