精餾的分類、原理及操作！

一.概述

精餾是是多級分離過程，即同時進行多次部分汽化和部分冷凝的過程。

大致分類如下：

1按混合物中的組分分類

a.二元組分的精餾

b.多元組分的精餾

2按操作是否連續

a.連續精餾——適用于大批量生產；

b.間歇精餾——適用于小批量生產。

間歇操作方法有兩種：

①.回流比不變，餾出液濃度不斷降低，

②.餾出液濃度不變，不斷加大回流比。

3按操作壓力分類

a、加壓精餾

b、常壓精餾

c、減壓精餾

4特殊精餾

a.恒沸精餾：加入的第三組分和溶液中某一組分形成更低共沸物，從塔頂蒸出。

b.萃取精餾: 加入第三組分改變溶液組分間的相對揮發度。

精餾的種類雖然很多，但基本依據都一樣：利用組分揮發度的不同。即沸點的差異來達到分離的目的。

二.精餾原理

平衡蒸餾及簡單蒸餾只能使混合液得到部分分離。

簡單蒸餾操作是在一定壓力下，將混合蒸氣進行連續部分冷凝，蒸汽相的組成沿 t-x(y) 相圖的露點線變化，結果可得到難揮發組分（重組分）含量很低而易揮發組分（輕組分）摩爾分數 y 很高的蒸氣；對液體進行連續部分汽化，釜液組成沿 t-x(y) 相圖的泡點線變化，其結果可得到易揮發組分（輕組分）很低而難揮發組分（重組分）摩爾分數x含量很高的釜液。

精餾是多次部分汽化與多次部分冷凝的聯合操作。

多次部分汽化和部分冷凝▲

精餾過程原理可用氣液相圖說明：▼

將氣體混合物經多次部分冷凝，在氣相中得到高純度的易揮發組分；

將液體混合物經多次部分汽化，在液相中得到高純度的難揮發組分；

若將組成為xF、溫度低于泡點的某混合液加熱到泡點以上，使其部分汽化，并將氣相和液相分開，則所得氣相組成為y1，液相組成為x1，且y1＞xF＞x1，此時氣液相流量可用杠桿規則確定。

若將組成為y1的氣相混合物進行部分冷凝，則可得到組成為y2的氣相和組成為x2的液相；又若將組成為y2的氣相部分冷凝，則可得到組成為y3的氣相和組成為x3的液相，且y3＞y2＞y1，可見氣體混合物經多次部分冷凝后，在氣相中可獲得高純度的易揮發組分。

同時，若將組成為x1的液相經加熱器加熱，使其部分汽化，則可得到組成為x2‘的液相和組成為y2’（圖中未標出）的氣相.

再將組成為x2‘的液相進行部分汽化，可得到組成為x3 ’的液相和組成為y3‘（圖中未標出）的氣相，且x3’＞x2‘ ＞ x1’

可見液體混合物經過多次部分汽化，在液相中可獲得高純度的難揮發組分。

三.精餾塔的操作流程

精餾操作在直立圓形的精餾塔內進行。塔內裝有若干層塔板或充填一定高度的填料，氣-液兩相傳質可以是微分接觸式或逐級接觸式，傳質設備對吸收和蒸餾過程通用。本章以逐級接觸的板式塔為重點。

精餾塔模型

塔板的作用▲

特點：

塔板提供了汽液分離的場所。

每一塊塔板是一個混合分離器

足夠多的板數可使各組分較完全分離

連續精餾的工藝流程▲

原料液經預熱后，送入精餾塔內。

在進料板上與自塔上部下降的回流液體匯合后，逐板溢流，*后流入塔底再沸器中。

在每層板上，回流液體與上升蒸氣接觸，進行熱和質的傳遞過程。

操作時，連續地從再沸器取出部分液體作為塔底產品（釜殘液），部分液體汽化，產生上升蒸氣，依次通過各層塔板。

塔頂蒸氣進入冷凝器中被全部冷凝，并將部分冷凝液借助重力作用（也可用泵送）送回塔頂作為回流液體，其余部分經冷卻器后被送出作為塔頂產品（餾出液）。

上圖為篩板塔中任意第n層板上的操作情況。進入第n板的氣相濃度和溫度分別為yn+1和tn+1，液相的濃度和溫度分別為xn-1和tn-1，二者互不平衡, xn+1<xn-1, tn+1>tn-1 ---存在溫度差和濃度差---傳質和傳熱。其結果:

1. 氣相部分冷凝，使其中難揮發組分轉入到液相中；

2.氣相冷凝放出潛熱傳給液相，使其部分汽化, 其中的部分易揮發組分轉入到氣相，結果： xn<xn-1，yn>yn+1。(x、y易揮發組分在液相和氣相中的摩爾分數)

說明：

1.精餾塔中蒸氣自下而上流動，液體自上而下流動。

2.由于存在溫度差和濃度差，氣相就要進行冷凝，使氣相中的部分難揮發組分轉入液相中；而氣相冷凝時放出的熱傳遞給液相，使液相部分汽化，其中部分易揮發組分傳質到氣相中。

3.氣相與液相離開后，氣相中的易揮發組分濃度提高，液相中難揮發組分提高。每一塊板上都進行著這樣的過程。

4.于是，經過多次部分汽化和部分冷凝，*后在塔頂得到高純度的輕組分，而在塔底獲得高純度的重組分，達到較完善的分離程度。

進料板以上稱為精餾段 — 精制氣相中的易揮發組分。

進料板以下(包括進料板)稱為提餾段 — 提濃液相中難揮發組分。

塔頂產品稱為餾出液 — 富含易揮發組分。

塔底產品稱為釜液 — 富含難揮發組分。

精餾段：加料板以上的塔段。上升氣相中重組分向液相傳遞，液相中輕組分向氣相傳遞，完成上升蒸氣輕組分精制。

提餾段：加料板及其以下的塔段。下降液體中輕組分向氣相傳遞，氣相中重組分向液相傳遞，完成下降液體重組分提濃。

塔頂冷凝器的作用：獲得塔頂產品及保證有適宜的液相回流。

再沸器的作用：提供一定量的上升蒸氣流。

回流的作用：

1.提高塔頂產品的濃度；

2.補充易揮發組分，使各板上保持有一定液層。

回流包括塔頂的液相回流與塔釜部分汽化造成的氣相回流。

◆回流是構成氣、液兩相接觸傳質使精餾過程得以連續進行的必要條件。

◆若塔頂沒有液相回流，或是塔底沒有再沸器產生蒸氣回流，則塔板上的氣液傳質就缺少了相互作用的一方，也就失去了塔板的分離作用。

◆因此，回流液的逐板下降和蒸氣的逐板上升是實現精餾的必要條件。