a. Nguyên lý quá trình chưng cất:
Quá trình chưng luyện là quá trình tách một (hay nhiều) chất ra khỏi hỗn hợp lỏng đồng nhất bằng cách dựa vào nhiệt độ sơi khác nhau của các chất (tách ra bằng phương pháp vật lý: khơng làm thay đổi bản chất của các chất).
Ở mỗi nhiệt độ nhất định chất lỏng cĩ độ bốc hơi nhất định. Độ bốc hơi này được đánh giá lớn hay nhỏ biểu thị bằng áp suất hơi bão hịa. Ở cùng nhiệt độ chất cĩ nhiệt độ sơi thấp sẽ cĩ áp suất hơi bão hịa lớn hơn chất cĩ nhiệt độ sơi cao.
Đối với mỗi hỗn hợp lỏng, hơi trên mặt chất lỏng sẽ gồm hơi của các đơn chất. Mỗi chất chiếm một phần áp suất trong áp suất tổng cộng và gọi là áp suất hơi riêng phần.
Tháp chưng của nhà máy cốc hĩa hiện đang sử dụng là loại thỏp chúp làm việc theo nguyên tắc sủi bọt. Hơi đi từ dưới lên (nhờ nồi chưng gia nhiệt), cịn thể lỏng thì đi từ trên xuống. Qua mỗi ngăn tháp thể hơi muốn đi từ dưới lên phải cĩ áp suất lớn hơn cột chất lỏng (P > Ph) do đĩ thể khí sục qua lớp chất lỏng tại đây xảy ra quá trình chuyển khối làm cho thể khí đi lên lúc này cĩ thành phần dễ bay hơi nhiều hơn so với lúc chưa sục qua lớp chất lỏng trên đĩa. Chính vì vậy khí đi từ dưới lên trên sẽ càng ngày càng dầu cấu tử dễ bay hơi hơn cịn lỏng đi từ trên xuống cũng ngày càng giàu cấu tử khố bay hơi hơn.
Qua mỗi đĩa tháp hiện tượng trên lại diễn ra cho đến khi lên đến đĩa tháp trên cùng và lúc đĩ pha hơi đã đạt yêu cầu cấu tử mong muốn, tách ra khỏi hỗn hợp sản phẩm cĩ nồng độ đạt yêu cầu.
h
P2
P1
Hình 11. Sơ đồ nguyên lý làm việc của tháp chưng
Tháp làm việc tốt hay khơng phụ thuộc hồn tồn vào tình hình thể hơi sục qua thể lỏng phải cĩ áp suất đủ lớn và ổn định để thắng áp suất thủy tĩnh cột chất lỏng cĩ chiều cao h.
Áp suất phụ thuộc vào nhiệt độ chưng, độ chân khơng và sự ổn định của độ chân khơng mức độ sạch của tháp.
Độ cao h của thể lỏng được điều chỉnh qua lỗ chảy tràn:
+ Nếu áp suất quá lớn khí sục qua chất lỏng quá mạnh cuốn theo nhiều chất lỏng lên làm cho mực nước (h) giảm sẽ tạo điều kiện trao đổi chất kém hiệu quả.
+ Nếu mực nước quá thấp (dưới răng của mũ chúp) thỡ hơi sẽ khơng sục qua lớp chất lỏng mà đi thẳng lên đĩa trên tức là đĩa tháp hồn tồn khơng cĩ tác dụng. Hiện tượng đĩ xảy ra ở nhiều đĩa thì hiệu quả chưng kém. Xử lý hiện tượng này bằng cách tăng hoặc giảm độ chân khơng áp suất P dao động thường do các nguyên nhân sau:
- Lượng nhiệt cung cấp khơng đều.
- Độ chân khơng khơng ổn định (Cĩ thể do bơm chân khơng hoặc đường ống, phải tìm nguyên nhân để giải quyết).
+ Áp suất nhỏ: cĩ thể do lượng nhiệt cung cấp khơng đủ hoặc độ chân khơng thấp.