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由于各组分具有不同的沸点，液体中的低沸点组分先蒸发，造成密闭容器中的液相和气相中组成不同。气相中低沸点组分的浓度比液相中低沸点组分的浓度大；液相中高沸点组分的浓度比气相中高沸点组分的浓度大。同理，蒸气冷却后有一部分冷凝(即部分冷凝)。冷凝液中高沸点组分的浓度比气相中高沸点组分的浓度大。
精馏过程就是多次的部分冷凝和部分蒸发。这一过程是在精馏塔中进行的。进行精馏操作时，塔顶必须具有下流液体，底部塔釜必须有连续上升的蒸气，并使各层塔板气液接触，进行质量和热量交换，不断地进行部分蒸发和部分冷凝，从而使上升蒸气中低沸点组分越来越浓，从而得到所需要的纯气体;同时下流液体中高沸点组分越来越浓,从而得到所需要的纯液体。液态空气精馏塔中设置有多层塔板（如筛板塔）。
塔板上气液接触时，上升蒸气从上一块塔板下流的温度较低的液体中获得冷量，蒸气中高沸点组分（氧）就部分冷凝而进入液体中，液体中的氧组分就增多，而液体则从蒸气中得到热量，其中低沸点组分(氮)就被部分蒸发，而使气体中氮组分增多。精馏塔的每层塔板是气、液两相进行质量和热量交换的场所。
精馏过程就是通过精馏塔内多块塔板的热量和质量交换作用而实现的。最终在塔的底部获得液氧，在塔的顶部得到高纯度气氮。
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