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精馏操作知识
精馏操作基本知识
1、
何为相和相平衡:
答:相就是指在系统中具有相同物理性质和化学性质的均匀部分,
不同相之间往往有一个相界面,把不同的相分别开。系统中相数的多
少与物质的数量无关。如水和冰混合在一起,水为液相,冰为固相。
一般情况下,物料在精馏塔内是气、液两相。
在一定的温度和压力下,如果物料系统中存在两个或两个以上的
相,物料在各相的相对量以及物料中各组分在各个相中的浓度不随时
间变化,我们称系统处于平衡状态。平衡时,物质还是在不停地运动,
但是,各个相的量和各组分在各项的浓度不随时间变化,当条件改变
时,将建立起新的相平衡,因此相平衡是运动的、相对的,而不是静
止的、绝对的。比如:在精馏系统中,精馏塔板上温度较高的气体和
温度较低的液体相互接触时,要进行传热、传质,其结果是气体部分
冷凝,形成的液相中高沸点组分的浓度不断增加。塔板上的液体部分
气化,形成的气相中低沸点组分的浓度不断增加。但是这个传热、传
质过程并不是无止境的,当气液两相达到平衡时,其各组分的两相的
组成就不再随时间变化了。
2、何为饱和蒸汽压?
答:在一定的温度下,与同种物质的液态(或固态)处于平衡状
态的蒸汽所产生的压强叫饱和蒸汽压,它随温度的升高而增加。众所
周知,放在杯子里的水,会因不断蒸发变得愈来愈少。如果把纯水放
在一个密闭容器里,并抽走上方的空气,当水不断蒸发时,水面上方
气相的压力,即水的蒸汽所具有的压力就不断增加。但是,当温度一
定时,气相压力最中将稳定在一个固定的数值上,这时的压力称为水
在该温度下的饱和蒸汽压。
应当注意的是,当气相压力的数值达到饱和蒸汽压力的数值是,
液相的水分子仍然不断地气化,气相中的水分子也不断地冷凝成液体,
只是由于水的气化速度等于水蒸汽的冷凝速度,液体量才没有减少,
气体量也没有增加,气体和液体达到平衡状态。所以,液态纯物质蒸
汽所具有的压力为其饱和蒸汽压时,气液两相即达到了相平衡。
3、何为精馏,精馏的原理是什么?
答:把液体混合物进行多次部分汽化,同时又把产生的蒸汽多次
部分冷凝,使混合物分离为所要求组分的操作过程称为精馏。
为什么把液体混合物进行多次部分汽化同时又多次部分冷凝,就
能分离为纯或比较纯的组分呢?对于一次汽化,冷凝来说,由于液体
混合物中所含的组分的沸点不同,当其在一定温度下部分汽化时,因
低沸点物易于气化,故它在气相中的浓度较液相高,而液相中高沸点
物的浓度较气相高。这就改变了气液两相的组成。当对部分汽化所得
蒸汽进行部分冷凝时,因高沸点物易于冷凝,使冷凝液中高沸点物的
浓度较气相高,而为冷凝气中低沸点物的浓度比冷凝液中要高。这样
经过一次部分汽化和部分冷凝,使混合液通过各组分浓度的改变得到
了初步分离。如果多次的这样进行下去,将最终在液相中留下的基本
上是高沸点的组分,在气相中留下的基本上是低沸点的组分。由此可
见,多次部分汽化和多次部分冷凝同时进行,就可以将混合物分离为
纯或比较纯的组分。
液体气化要吸收热量,气体冷凝要放出热量。为了合理的利用热
量,我们可以把气体冷凝时放出的热量供给液体气化时使用,也就是
使气液两相直接接触,在传热同时进行传质。为了满足这一要求,在
实践中,这种多次部分汽化伴随多次部分冷凝的过程是逆流作用的板
式设备中进行的。所谓逆流,就是因液体受热而产生的温度较高的气
体,自下而上地同塔顶因冷凝而产生的温度较低的回流液体(富含低
沸点组分)作逆向流动。塔内所发生的传热传质过程如下1)气液两相
进行热的交换,利用部分汽化所得气体混合物中的热来加热部分冷凝
所得的液体混合物;2)气液两相在热交换的同时进行质的交换。温度
较低的液体混合物被温度较高的气体混合物加热二部分汽化。此时,
因挥发能力的差异(低沸点物挥发能力强,高沸点物挥发能力差),
低沸点物比高沸点物挥发多,结果表现为低沸点组分从液相转为气相,
气相中易挥发组分增浓;同理,温度较高的气相混合物,因加热了温
度较低的液体混合物,而使自己部分冷凝,同样因为挥发能力的差异,
使高沸点组分从气相转为液相,液相中难挥发组分增浓。
精馏塔是由若干塔板组成的,塔的最上部称为塔顶,塔的最下部
称为塔釜。塔内的一块塔盘只进行一次部分汽化和部分冷凝,塔盘数
愈多,部分汽化和部分冷凝的次数愈多,分离效果愈好。
通过整个精馏过程,最终由塔顶得到高纯度的易挥发组分,塔釜
得到的
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