化工生產(chǎn)中常常要將混合物進行分離,以實現(xiàn)產(chǎn)品的提純和回收或原料的精制。對于均相液體混合物,最常用的分離方法是蒸餾。如從發(fā)酵的醪液提煉飲料酒,石油的煉制分離汽油、煤油、柴油等,以及空氣的液化分離制取氧氣、氮氣等,都是蒸餾完成的?;旌衔锏姆蛛x依據(jù)總是混合物中各組分在某種性質上的差異。蒸餾便是以液體混合物中各組分揮發(fā)能力的不同作為依據(jù)的。對大多數(shù)溶液來說,各組分揮發(fā)能力的差別表現(xiàn)在組分沸點的差別。因為蒸餾過程有加熱載體和加熱方式的安全選擇問題,又有液相汽化分離及冷凝等的相變安全問題,即能量的轉換和相態(tài)的變化,同時在系統(tǒng)中存在,蒸餾過程又是物質被急劇升溫濃縮甚至變稠、結焦、固化的過程,安全運行就顯得十分重要。
如乙醇和水相比,常壓下乙醇沸點78.3℃,水的沸點100℃,所以乙醇的揮發(fā)能力比水強。當乙醇(A)和水(B)形成的二元混合液欲進行分離時,可將此溶液加熱,使之部分汽化成相互平衡的汽液兩相。因乙醇易揮發(fā),使得乙醇更多地進入到汽相,所以在汽相中乙醇的濃度要高于原來的溶液。而殘留的液相中乙醇的濃度比原溶液減小了,即水的濃度增加了。這樣,原混合液中的兩組分得到了部分程度的分離。這種分離原理即為蒸餾分離。
由蒸餾原理可知,對于大多數(shù)混合液,各組分的沸點相差越大,其揮發(fā)能力相差越大,則用蒸餾方法分離越容易。反之,兩組分的揮發(fā)能力越接近,則越難用蒸餾分離。必須注意,對于恒沸液,組分沸點的差別并不能說明溶液中組分揮發(fā)能力的差別,因為此時組分的揮發(fā)能力是一樣的,這類溶液不能用普通蒸餾方式分離。凡根據(jù)蒸餾原理進行組分分離的操作都屬蒸餾操作。常見的蒸餾操作方式有
閃蒸、簡單蒸餾、精餾和特殊蒸餾。根據(jù)需要,蒸餾可以連續(xù)式,也可以間歇式進行。
蒸餾是借液體混合物各組分揮發(fā)度的不同,使其分離為純組分的操作。它廣泛用于化工生產(chǎn)中。蒸餾操作可分為間歇蒸餾和連續(xù)蒸餾。按操作壓力可分為常壓蒸餾、減壓蒸餾、加壓蒸餾、特殊蒸餾等。用于蒸餾的設備稱為蒸餾塔。蒸餾塔按其塔板結構可分為填料塔板塔、浮閥塔、泡罩塔、蛇形塔、消旋塔以及管式塔等多種形式塔器。
蒸餾過程除根據(jù)加熱方法采取相應的安全措施外,還應根據(jù)物料性質、工藝要求正確選擇蒸餾方法和蒸餾設備。在選擇蒸餾方法時,應從操作壓力及操作過程等方面加以考慮。因為壓力的改變可直接導致液體沸點的改變,亦即改變液體的蒸餾溫度。在處理難以揮發(fā)的物料(在常壓下沸點150°C以上)時應采用真空蒸餾。這樣可以降低蒸餾溫度,防止物料在高溫下變質、分解、聚合和局部過熱。處理中等揮發(fā)性物料時(在常壓下沸點為100°C左右),采用常壓蒸餾較為適宜,如采用真空蒸餾反而會增加冷卻的困難。常壓下沸點低于30~C的物料則應采用高壓蒸餾,但應注意系統(tǒng)密閉。低沸點的溶劑也可以采用常壓蒸餾,但應設一套冷卻系統(tǒng)。
在常壓蒸餾中應注意易燃液體的蒸餾熱源不能采用明火,而采用水蒸氣或過熱水蒸氣加熱較安全。蒸餾腐蝕性液體,應防止塔壁、塔盤腐蝕,造成易燃液體或蒸氣逸出,遇明火或灼熱的爐壁而產(chǎn)生燃燒。蒸餾自燃點很低的液體,應注意蒸餾系統(tǒng)的密閉,防止因高溫泄漏遇空氣自燃。對于高溫的蒸餾系統(tǒng),應防止冷卻水突然漏人塔內,這將會使水迅速汽化,塔內壓力突然增高而將物料沖出或發(fā)生爆炸。啟動前應將塔內和蒸汽管道內的冷凝水放空,然后使用。在常壓蒸餾過程中,還應注意防止管道、閥門被凝固點較高的物質凝結堵塞,導致塔內壓力升高而引起爆炸。在用直接火加熱蒸餾高沸點物料時(如苯二甲酸酐),應防止產(chǎn)生自燃點很低的樹脂油狀物遇空氣而自燃。同時,應防止蒸干,使殘渣焦化結垢,引起局部過熱而著火爆炸。油焦和殘渣應經(jīng)常清除。冷凝系統(tǒng)的冷卻水或冷凍鹽水不能中斷,否則未冷凝的易燃蒸氣逸出使局部吸收系統(tǒng)溫度增高,或竄出遇明火而引燃。真空蒸餾(減壓蒸餾)是一種比較安全的蒸餾方法。對于沸點較高、在高溫下蒸餾時能引起分解、爆炸和聚合的物質,采用真空蒸餾較為合適。如硝基甲苯在高溫下分解爆炸、苯乙烯在高溫下易聚合,類似這類物質的蒸餾必須采用真空蒸餾的方法以降低流體的沸點,借以降低蒸餾的溫度,確保其安全。