筛板精馏塔工作原理（一文讲清精馏的分类、原理及操作！）

一.概述

精馏是是多级分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。

大致分类如下：

1按混合物中的组分分类

a.二元组分的精馏

b.多元组分的精馏

2按操作是否连续

a.连续精馏——适用于大批量生产；

b.间歇精馏——适用于小批量生产。

间歇操作方法有两种：

①.回流比不变，馏出液浓度不断降低，

②.馏出液浓度不变，不断加大回流比。

3按操作压力分类

a、加压精馏

b、常压精馏

c、减压精馏

4特殊精馏

a.恒沸精馏：加入的第三组分和溶液中某一组分形成更低共沸物，从塔顶蒸出。

b.萃取精馏: 加入第三组分改变溶液组分间的相对挥发度。

精馏的种类虽然很多，但基本依据都一样：利用组分挥发度的不同。即沸点的差异来达到分离的目的。

二.精馏原理

平衡蒸馏及简单蒸馏只能使混合液得到部分分离。

简单蒸馏操作是在一定压力下，将混合蒸气进行连续部分冷凝，蒸汽相的组成沿 t-x(y) 相图的露点线变化，结果可得到难挥发组分（重组分）含量很低而易挥发组分（轻组分）摩尔分数 y 很高的蒸气；对液体进行连续部分汽化，釜液组成沿 t-x(y) 相图的泡点线变化，其结果可得到易挥发组分（轻组分）很低而难挥发组分（重组分）摩尔分数x含量很高的釜液。

精馏是多次部分汽化与多次部分冷凝的联合操作。

多次部分汽化和部分冷凝▲

精馏过程原理可用气液相图说明：▼

将气体混合物经多次部分冷凝，在气相中得到高纯度的易挥发组分；

将液体混合物经多次部分汽化，在液相中得到高纯度的难挥发组分；

若将组成为xF、温度低于泡点的某混合液加热到泡点以上，使其部分汽化，并将气相和液相分开，则所得气相组成为y1，液相组成为x1，且y1＞xF＞x1，此时气液相流量可用杠杆规则确定。

若将组成为y1的气相混合物进行部分冷凝，则可得到组成为y2的气相和组成为x2的液相；又若将组成为y2的气相部分冷凝，则可得到组成为y3的气相和组成为x3的液相，且y3＞y2＞y1，可见气体混合物经多次部分冷凝后，在气相中可获得高纯度的易挥发组分。

同时，若将组成为x1的液相经加热器加热，使其部分汽化，则可得到组成为x2‘的液相和组成为y2’（图中未标出）的气相.

再将组成为x2‘的液相进行部分汽化，可得到组成为x3 ’的液相和组成为y3‘（图中未标出）的气相，且x3’＞x2‘ ＞ x1’

可见液体混合物经过多次部分汽化，在液相中可获得高纯度的难挥发组分。

三.精馏塔的操作流程

精馏操作在直立圆形的精馏塔内进行。塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料，气-液两相传质可以是微分接触式或逐级接触式，传质设备对吸收和蒸馏过程通用。本章以逐级接触的板式塔为重点。

精馏塔模型

塔板的作用▲

特点：

塔板提供了汽液分离的场所。

每一块塔板是一个混合分离器

足够多的板数可使各组分较完全分离

连续精馏的工艺流程▲

原料液经预热后，送入精馏塔内。

在进料板上与自塔上部下降的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。

在每层板上，回流液体与上升蒸气接触，进行热和质的传递过程。

操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（釜残液），部分液体汽化，产生上升蒸气，依次通过各层塔板。

塔顶蒸气进入冷凝器中被全部冷凝，并将部分冷凝液借助重力作用（也可用泵送）送回塔顶作为回流液体，其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品（馏出液）。

上图为筛板塔中任意第n层板上的操作情况。进入第n板的气相浓度和温度分别为yn+1和tn+1，液相的浓度和温度分别为xn-1和tn-1，二者互不平衡, xn+1<xn-1, tn+1>tn-1 ---存在温度差和浓度差---传质和传热。其结果:

1. 气相部分冷凝，使其中难挥发组分转入到液相中；

2.气相冷凝放出潜热传给液相，使其部分汽化, 其中的部分易挥发组分转入到气相，结果： xn<xn-1，yn>yn+1。(x、y易挥发组分在液相和气相中的摩尔分数)

说明：

1.精馏塔中蒸气自下而上流动，液体自上而下流动。

2.由于存在温度差和浓度差，气相就要进行冷凝，使气相中的部分难挥发组分转入液相中；而气相冷凝时放出的热传递给液相，使液相部分汽化，其中部分易挥发组分传质到气相中。

3.气相与液相离开后，气相中的易挥发组分浓度提高，液相中难挥发组分提高。每一块板上都进行着这样的过程。

4.于是，经过多次部分汽化和部分冷凝，最后在塔顶得到高纯度的轻组分，而在塔底获得高纯度的重组分，达到较完善的分离程度。

进料板以上称为精馏段 — 精制气相中的易挥发组分。

进料板以下(包括进料板)称为提馏段 — 提浓液相中难挥发组分。

塔顶产品称为馏出液 — 富含易挥发组分。

塔底产品称为釜液 — 富含难挥发组分。

精馏段：加料板以上的塔段。上升气相中重组分向液相传递，液相中轻组分向气相传递，完成上升蒸气轻组分精制。

提馏段：加料板及其以下的塔段。下降液体中轻组分向气相传递，气相中重组分向液相传递，完成下降液体重组分提浓。

塔顶冷凝器的作用：获得塔顶产品及保证有适宜的液相回流。

再沸器的作用：提供一定量的上升蒸气流。

回流的作用：

1.提高塔顶产品的浓度；

2.补充易挥发组分，使各板上保持有一定液层。

回流包括塔顶的液相回流与塔釜部分汽化造成的气相回流。

◆回流是构成气、液两相接触传质使精馏过程得以连续进行的必要条件。

◆若塔顶没有液相回流，或是塔底没有再沸器产生蒸气回流，则塔板上的气液传质就缺少了相互作用的一方，也就失去了塔板的分离作用。

◆因此，回流液的逐板下降和蒸气的逐板上升是实现精馏的必要条件。

回流是精馏与简单蒸馏的重要区别。