27、精馏塔操作压力的变化对精馏操作有什么影响?]

本题考查精馏塔操作压力变化对精馏操作影响的相关知识。解题思路是从精馏塔操作的基本原理出发，分别分析压力变化在产品质量和物料平衡、组分间相对挥发度、塔的生产能力以及温度和组成对应关系这几个关键方面所产生的影响，最后总结正常操作和异常情况时对压力的处理方式。

1. 对产品质量和物料平衡的影响

根据气 - 液平衡原理，改变操作压力会使每块塔板上的气液相平衡组成发生改变。

• 当压力升高时：
  • 气相中的重组份减少，相应地提高了气相中的轻组分的浓度。从相平衡的角度来看，压力升高使得气相中分子间的距离减小，重组份分子更难进入气相，而轻组分分子相对更容易处于气相。
  • 液相中的轻组分含量增加，同时也改变了气液相的重量比，使液相量增加，气相量减少。这是因为压力升高，液体的沸点升高，更多的液体不能汽化，导致液相量增多，气相量减少。
  • 总的结果是：塔顶馏分中的轻组分浓度增加，但数量却相对减少；釜液中的轻组分浓度增加，釜液量增加。
• 当压力降低时：
  • 塔顶馏份的数量增加，轻组分浓度降低；釜液量减少，轻组分浓度减少。这与压力升高时的情况相反，压力降低，液体沸点降低，更多的液体汽化进入气相，使得塔顶馏分数量增加，但轻组分在气相中的相对含量降低。
• 在正常操作中应保持恒定的压力，但若操作不正常，引起塔顶产品中重组分浓度增加时，则可采用适当升高操作压力的办法，使产品质量合格，但此时液相中轻组分的损失增加。

2. 对组分间相对挥发度的影响

相对挥发度 $\alpha$ 是衡量两组分分离难易程度的指标，其定义为：$\alpha=\frac{y_1/x_1}{y_2/x_2}$，其中 $y_1$、$y_2$ 分别为气相中两组分的摩尔分数，$x_1$、$x_2$ 分别为液相中两组分的摩尔分数。
压力增加时，组分间的相对挥发度降低，分离效率下降。这是因为压力升高，分子间的相互作用力增强，使得两组分的挥发能力差异减小，从而导致分离变得困难。反之，压力降低，相对挥发度增大，分离效率提高。

3. 对塔的生产能力的影响

塔的生产能力与组分的重度有关。压力增加，组分的重度增大，在相同的塔径和塔高条件下，单位时间内能够处理的物料量增加，即塔的处理能力增大。这是因为重度增大，流体的流速相对稳定，能够在塔内更有效地进行气液传质和传热过程。

4. 对温度和组成对应关系的影响

在精馏操作中，我们经常以温度作为衡量产品质量的间接标准，但这只有在塔压恒定的情况下才是正确的。
当塔压改变时，混合物的露点、泡点发生改变。露点是指在一定压力下，气相开始冷凝的温度；泡点是指在一定压力下，液相开始汽化的温度。根据克劳修斯 - 克拉佩龙方程 $\frac{d\ln p}{dT}=\frac{\Delta H_{vap}}{RT^2}$（其中 $p$ 为蒸气压，$T$ 为温度，$\Delta H_{vap}$ 为摩尔汽化热，$R$ 为气体常数），压力变化会导致温度变化，从而引起全塔的温度分布发生改变，温度和产品质量的对应关系也将发生改变。

从以上分析来看，改变操作压力，将改变整个塔的工作状况，因此在正常操作中应维持恒定的压力，只有在塔的正常操作受到破坏时，才可以根据上述分析，在工艺指标允许的范围内，对塔的压力进行适当的调整。应当指出，在精馏操作过程中，进料量、进料组成和进料温度的改变，塔釜加热蒸汽量的改变、回流量、回流温度、塔顶冷剂量的改变以及塔板的堵塞等，都有可能引起塔压的波动，此时我们应先分析塔压波动的原因，及时处理，使操作恢复正常。