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| 結晶 | |
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分別凍結は、プロセス工学や化学において、異なる融点を持つ物質を分離するために使用されるプロセスです。これは、シリコンや金属のゾーン精製などの固体の部分溶融、または凍結蒸留（通常凍結または漸進凍結とも呼ばれる）などの液体の部分結晶化によって実行できます。このようにして、最初のサンプルは分別されます（画分に分離されます）。
部分結晶化は、混合物に希薄溶媒を加え、溶媒を蒸発させて混合物を冷却・濃縮することによっても達成でき、このプロセスは溶液結晶化と呼ばれます。[1]部分凍結は、通常、超純粋な固体を製造したり、熱に敏感な液体を濃縮したりするために使用されます。
凍結蒸留
凍結蒸留は、実際には凝縮であり、蒸留そのものではありません。[2]凍結した固体を除去し、残った液体から溶解した物質を分離します。これは、蒸発して再凝縮された部分が濃縮される真の蒸留に似ています。
エタノールと液体の水は完全に混ざり合うが、エタノールは氷水にはほとんど溶けない。つまり、希薄なエタノールと水の混合物を十分に冷却すれば、ほぼ純粋な氷水を沈殿させることができる。混合物から氷水を沈殿させると、残りの液体相にエタノールが濃縮される。その後、2 つの相は濾過またはデカンテーションによって分離できる。氷水が沈殿し始める温度は、エタノール濃度に依存する。したがって、特定の温度とエタノール濃度では、凍結プロセスは、氷水と特定のエタノール濃度の濃縮エタノール溶液の特定の比率で平衡に達する。これらの相平衡の温度と混合比は、エタノールと水の相図から読み取ることができる。液体相中のエタノールの最大濃縮は、エタノールと水の共晶点、つまり -123 °C で約 92.4 重量% のエタノールで達成される。 [3]
凍結蒸留飲料として最もよく知られているのは、アップルジャックとアイスビールです。アイスワインも同様のプロセスで作られますが、この場合、凍結は発酵の前に行われるため、濃縮されるのはアルコールではなく糖分です。
固体の精製
純粋な固体が望ましい場合、2 つの状況が考えられます。汚染物質が望ましい固体に溶解する場合は、多段階蒸留に類似した多段階分別凍結が必要です。ただし、共晶系が形成される場合 (蒸留の共沸混合物に類似)、液体が共晶組成でないか (この場合、分離が困難な混合固体が形成される)、または共晶組成を超えていないか (この場合、不要な固体が形成される) ぎり、非常に純粋な固体を回収できます。
液体の濃度
液相を濃縮する必要がある場合、分別凍結はシンプルなので便利です。分別凍結は、液体を加熱する必要がないため（蒸発の際のように）、果汁 濃縮物やその他の熱に弱い液体の製造にも使用されます。
淡水化
部分凍結は海水の淡水化に使用できます。海氷で自然に発生するプロセスでは、凍結した塩水が部分的に溶けると、塩分濃度のはるかに低い氷が残ります。塩化ナトリウムは水の融点を下げるため、海水中の塩分は凍結中に純水から押し出される傾向があり、これを塩水排除と呼びます。氷山の中央にはポリニヤと呼ばれる塩分濃度の高い水の大きな湖が形成され、水は最終的に底に沈みます。同様に、塩分濃度が最も高い凍結水が最初に溶けます。どちらの方法でも、残りの凍結水の塩分濃度が低下し、複数回実行すると飲用可能になります。
アルコール飲料
フラクショナルフリージングは、発酵アルコール飲料のアルコール濃度を高める簡単な方法として使用できます。このプロセスは凍結蒸留と呼ばれることもあります。例としては、ハードサイダーから作られたアップルジャックやアイスビールがあります。実際には、蒸留に匹敵するアルコール濃度を生成することはできませんが、この技術は、実用的な蒸留装置で必要な労力よりもはるかに少ない労力で、ある程度の濃度を達成できます。アルコール飲料のフラクショナルフリージングの危険性は、（加熱）蒸留とは異なり、不純物が除去されないことです。したがって、フラクショナルフリージングにより、飲料の総量に対する不純物の比率が増加する可能性があります（ただし、エタノールの量に対する不純物の比率は必ずしも増加しません）。この濃度は、飲酒者に副作用を引き起こし、激しい二日酔いや「リンゴ麻痺」と呼ばれる状態を引き起こす可能性があります[4]（ただし、この用語は、特にアップルジャックによる酩酊状態を指すためにも使用されています[5]。[6]）
代替燃料
フラクショナルフリージングは、バイオディーゼルやその他の代替ディーゼル燃料のゲル化点を下げる簡単な方法としてよく使用されます。この方法では、冷却濾過やその他の方法によって、ゲル化点の高いエステルをゲル化点の低いエステルから除去し、燃料混合物の代替燃料ゲル化点を下げます。このプロセスでは、燃料の成層化を採用しています。これにより、燃料混合物の成分は、それぞれのゲル化点に近づくにつれて比重が大きくなり、容器の底に沈んで除去できます。
参照
参考文献
- ^ ペリー、ロバート、ドン・グリーン（2007年）。ペリーの化学技術者ハンドブック。マグロウヒル・インターナショナル・エディション。pp. 17–3から17–4。ISBN 978-0-07-142294-9。
- ^ 「蒸留器を使わずに酒を作る方法（密造酒製造者のように）」BoozeMakers 2020年11月18日2024年11月11日閲覧。
- ^ https://serc.carleton.edu/files/research_education/equilibria/alcohol-ice.pdf [ベア URL PDF ]
- ^ Janik, Erika (2011). Apple の世界史。ロンドン: Reaktion Books。ISBN 9781861899583. 2014年10月3日閲覧。
- ^ カウフマン、マーティン (1979). バーモント大学医学部. [バーリントン、バーモント州]: バーモント大学医学部. p. 12. ISBN 9780874511482. 2014年10月3日閲覧。
- ^ Nordegren, Thomas (2002). アルコールおよび薬物乱用のAZ百科事典。フロリダ州パークランド：Brown Walker Press。p. 78。ISBN 9781581124040. 2014年10月3日閲覧。
外部リンク
- 酢の凍結蒸留