練習
氣液兩相呈平衡狀態時,氣液兩相溫度__________,但氣相組成__________液相組成。
四、精餾原理
簡單蒸餾和平衡蒸餾僅通過一次部分汽化,隻能部分地分離混合液中的組分。若進行多次的部分汽化和部分冷凝,便可使混合液中各組分幾乎完全分離。
工業生產中的精餾過程是在精餾塔中將多次部分汽化和冷凝過程巧妙有機結合實現的。
如原料液為雙組分混合物,下降液體來自第n-1塊板,其易揮發組分的濃度為xn-1,溫度為tn-1。上升蒸氣來自第n+1塊板,其易揮發組分的濃度為yn+1,溫度為tn+1。當氣液兩相在第n塊板上相遇時,tn+1>tn-1,因而上升蒸氣與下降液體必然發生熱量交換,蒸氣放出熱量,自身發生部分冷凝,而液體吸收熱量,自身發生部分汽化。由於上升蒸氣與下降液體的濃度互相不平衡,液相部分汽化時易揮發組分向氣相擴散,氣相部分冷凝時難揮發組分向液相擴散。結果下降液體中易揮發組分濃度降低,難揮發組分濃度升高;上升蒸氣中易揮發組分濃度升高,難揮發組分濃度下降。
若上升蒸氣與下降液體在第n塊板上接觸時間足夠長,兩者溫度將相等,都等於tn,氣液兩相組成yn與xn相互平衡,稱此塔板為理論塔板。實際上,塔板上的氣液兩相接觸時間有限,氣液兩相組成隻能趨於平衡。
由以上分析可知,氣液相通過一層塔板,同時發生一次部分汽化和一次部分冷凝。通過多層塔板,即同時進行了多次部分汽化和多次部分冷凝。最後,在塔頂得到的氣相為較純的易揮發組分,在塔底得到的液相為較純的難揮發組分,從而達到所要求的分離程度。為實現分離操作,除了需要有足夠層數塔板的精餾塔之外,還必須從塔底引入上升蒸氣流(氣相回流)和從塔頂引入下降的液流(液相回流),以建立氣液兩相體係。塔底上升蒸氣和塔頂液相回流是保證精餾操作過程連續穩定進行的必要條件。沒有回流,塔板上就沒有氣液兩相的接觸,就沒有質量交換和熱量交換,也就沒有難、易揮發組分的分離。
練習
精餾就是多次而且同時運用__________和__________的方法,使混合液得到分離的操作。保證精餾操作維持穩定運行的兩個條件是__________和__________。
五、精餾操作流程
精餾裝置係統一般都應由精餾塔、塔頂冷凝器、塔底再沸器等相關設備組成,有時還要配原料預熱器、產品冷卻器、回流用泵等輔助設備。再沸器的作用是提供一定流量的上升蒸氣流,冷凝器的作用是提供塔頂液相產品並保證有適當的液相回流,精餾塔板的作用是提供氣液接觸進行傳熱傳質的場所。
原料經預熱器預熱到指定的溫度後,於加料板位置加入塔內。在進料板處與精餾段下降的液體彙合後,再逐板溢流,最後流入塔釜再沸器中。在每層塔板上,回流的液體與上升的蒸氣相互接觸,進行傳熱和傳質。正常操作時,連續地從塔釜中取出部分的液體作為塔底產品(釜殘液),而剩餘的部分液體汽化後產生的上升蒸氣依次通過所有塔板,而後進入冷凝器被全部冷凝,並將一部分冷凝液作為回流液送回塔中,另一部分再經冷卻器降溫後作為塔頂產品(餾出液)取出。
通常,將原料加入的那層塔板稱為加料板。加料板以上部分,起精製原料中易揮發組分的作用,稱為精餾段。加料板以下部分(含加料板),起提濃原料中難揮發組分的作用,稱為提餾段。
在整個精餾塔內,塔底的溫度最高,而塔頂的溫度最低。
練習
在整個精餾塔內,各板上易揮發組分的濃度由上而下逐漸__________,當某板上的濃度與原料液中濃度__________或__________時,料液就從此板加入。塔底部幾乎是純組分,而頂部幾乎是純淨的__________組分。整個塔內的溫度,由下而上逐漸__________。