精餾過(guò)程原理
精餾過(guò)程實(shí)質(zhì)上是簡(jiǎn)單蒸餾過(guò)程的疊加,是多次部分汽化和多次部分冷凝的聯(lián)合操作,多次部分汽化和多次部分冷凝過(guò)程在相圖中的表示如圖1和圖2所示。
對(duì)多次部分汽化過(guò)程(圖1),假設(shè)某料液中易揮發(fā)組份濃度為xf,其從完全液相、溫度為tf狀態(tài)點(diǎn)開(kāi)始受熱,逐漸升溫至汽液兩相區(qū),對(duì)應(yīng)平衡溫度為t1,此時(shí)混合液形成汽液兩相,易揮發(fā)組份在汽液相中的濃度分別為x1和y1,由圖可看出x1<xf<y1,混合液得到初步分離;如果進(jìn)一步將獲得的液相繼續(xù)升溫至t2,則又形成汽液兩相,使得液相中的易揮發(fā)組份越來(lái)越少。

圖1 多次部分汽化過(guò)程
對(duì)多次部分液化過(guò)程(圖2),假設(shè)某混合汽中易揮發(fā)組份濃度為yf,其從完全汽相、溫度為tf狀態(tài)點(diǎn)開(kāi)始降溫,逐漸降溫至汽液兩相區(qū),對(duì)應(yīng)平衡溫度為t1,此時(shí)混合汽形成汽液兩相,易揮發(fā)組份在汽液相中的濃度分別為x1和y1,由圖可看出x1<xf<y1,混合汽得到初步分離;如果進(jìn)一步將獲得的汽相繼續(xù)降溫至t2,則又形成汽液兩相,使得汽相中的易揮發(fā)組份越來(lái)越大。

圖2 多次部分冷凝過(guò)程
以上的多次部分汽化或多次部分冷凝均不能構(gòu)成精餾過(guò)程的連續(xù)操作,只是屬于簡(jiǎn)單蒸餾;而精餾則是多次部分汽化與多次部分冷凝的聯(lián)合操作,為了能夠使這兩個(gè)過(guò)程疊加而順利進(jìn)行,通常采用板式精餾塔進(jìn)行操作,其由若干塊塔板構(gòu)成,每塊塔板均被假設(shè)為理論板,其上溫度即為泡點(diǎn)。精餾塔從上到下每塊板上汽液相中易揮發(fā)組份的濃度關(guān)系為:
y1 > y2 > ... ... > yn > yn+1 > ... ...
x1 > x2 > ... ... > xn-1 > xn > xn+1 > ... ...
則每塊板上液體的溫度關(guān)系為:
精餾塔中的每一塊塔板實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)中間再沸器和中間部分冷凝器,其過(guò)程的圖示如圖3所示。溫度(tn-1)較低的第n-1塊塔板液相通過(guò)導(dǎo)流槽進(jìn)入第n塊塔板,與來(lái)自溫度(tn+1)較高的地n+1塊塔板的汽相相接觸,從而使汽相部分冷凝和液相部分汽化,在第n塊塔板形成新的平衡,對(duì)應(yīng)平衡溫度為t,液相濃度為xn,汽相濃度為yn。由圖可見(jiàn),在第n塊塔板,汽相中易揮發(fā)組份的濃度得到進(jìn)一步增加,而液相中易揮發(fā)組份的濃度得到進(jìn)一步降低,這樣經(jīng)過(guò)多塊塔板依次進(jìn)行相似操作,最終實(shí)現(xiàn)組份的分離。

圖3 精餾塔塔板上的汽液平衡