为什么不能用蒸馏的方法制备工业酒精？

作者 / 法式滚筒 YEboss

你这个是我们化工界的经典问题了，其实本科搞化工的都应该懂，我抛砖引玉一下，简单做个科普。

我们知道，工业酒精制备主要还是利用酒精与水沸点不同来分离的（这是简单的说法，化工领域专业一点的说法叫相对挥发度）。酒精沸点比水低，因此加热的时候会先挥发出来，这样就实现了酒精与水的分离。

原理就是是这么简单，但是实际化工生产的时候就会遇到问题。因为在加热过程中不是只有酒精挥发出来，水也会挥发，只不过酒精挥发的比水多而已。所以直接加热水与酒精的混合物得到的还是水与酒精的混合物，只不过浓度不同而已。举个例子，酿酒过程中，一般发酵得到酒酒精度数最高也就在 10% 左右，常见的葡萄酒，黄酒都在这个度数上。那么为了和到纯度高一点的酒，就必须对这些酒进行蒸馏。经过蒸馏的酒度数能到 30% 度左右，因为蒸馏了一次，这种酒就被称为一锅头（经评论区提醒对二锅头的概念优点混淆在这里做个修正）。可见进行简单的蒸馏虽然能够提高酒精的浓度，但是由于蒸馏过程中水会被蒸出来，因此整出来的酒虽然比原来纯度高一些，但是不可能达到很高纯度。

怎么解决这个问题？

聪明的人大概都想到了，我们把一次蒸馏酒再蒸一次，酒精纯度不就更高了吗？事实上就是这样，把一次蒸馏的酒继续蒸馏就可以得到二次蒸馏酒。这种酒纯度更高，达到了 42% 左右。如果这个过程持续进行下去就可以得到纯度更高的酒精。实际上工业上就是这么做的，只不过我们把一次蒸馏与与二次蒸馏的两个蒸锅像蒸包子的笼屉一样一层一层的垒起来。这样的设备就是所谓精馏塔，而每一层蒸锅我们给他们一个专业的名称叫做平衡级。这就是精馏与蒸馏的差别，精馏是几个蒸馏（实际上是闪蒸）过程的累加，只有通过精馏才能得到高纯度的物质。

那么问题由来了，即使如果我们无限次的蒸下去，是不是就能够得到纯度接近 100% 的酒精呢？对于大部分其他无物系，比如说甲醇 – 水，这个答案是肯定的。但对于水和酒精却不是这样。水与酒精是一个稍微有点特殊的体系，我们把它叫做共沸体系。在这种体系中，当乙醇达到一定浓度（95%）的时候液相与气相的挥发度是一样的。什么意思呢？就是说在乙醇浓度小于 95% 的时候，乙醇优先被蒸发出来，乙醇浓度大于 95% 的时候，水优先被蒸发出来。反而乙醇浓度恰好等于 95% 的时候二者一起被蒸发出来。如果我们从低浓度的酒精开始精馏，最后到乙醇浓度达到 95% 的时候，由于乙醇与水被同步蒸发出来，导致乙醇无法在气体中富集，最后浓度无法提高。这就像我们骑自行车，翻越山峰，我们恰好骑到山顶的时候就在没有力气继续骑下去了，只能停在那里。

那么怎样解决这个问题呢？化工上有两种思路，一种是把骑车的人往前推一下，把他推过顶部，之后就是下坡了，骑车的人自然而然就继续前进了。一种思路是把山整体移动一下，原来骑车的人被卡在山顶，我们现在让他不动，然后把山整体移动一下，那么这个骑车的人就会自然而然到达下坡的一侧，也可以继续前进。

我们先说第一个思路，第一种获取无水乙醇的方法就是添加夹带剂，一般是苯。在乙醇里加入一点苯后，由于苯会和水形成共沸物，苯会把水从乙醇里带出来。这样以以来我们就能得到纯的乙醇了。这种方法是早些年做乙醇的方法，这种方法问题就是苯有毒，生产上不太安全，据说当时在乙醇工段工作的男女工经常不孕不育。

第二种思路就是变压精馏，相当于把山整体移动一下。我们得到 95% 的乙醇以后，让这个乙醇进到一个减压的精馏塔里。在减压状态下，乙醇的共沸点组成发生了改变（比如说变成了 90%）这时候，由于乙醇浓度（95%）大于共沸浓度（90%）导致水优先被蒸发出来，最后得到纯的乙醇。

做一个总结，工业上不用蒸馏做酒精是因为只蒸一次蒸不纯，必须多蒸几次，多蒸几次就叫精馏了。另外就是要得到高纯度的酒精就必须跨越共沸点，目前有两种方法，一种是苯共沸夹带，另一种是变压精馏。至于有人说向水里加氧化钙的，那是化学家的做法，工业上不这么干的。

来源：知乎日报