淺談精餾原理

摘要：精餾是分離過程中的重要單元操作之一。所用設備主要包括精餾塔及再沸器和冷凝，利用混合物中各組分揮發能力的差異，通過液相和氣相的回流，使氣、液兩相逆向多級接觸，在熱能驅動和相平衡關系的約束下，使得易揮發組分（輕組分）不斷從液相往氣相中轉移，而難揮發組分卻由氣相向液相中遷移，使混合物得到不斷分離，稱該過程為精餾。

關鍵詞：精餾 精餾塔 回流

一、精餾原理

左圖是一個典型的板式連續精餾塔，塔內有若干層塔板，每一層就是一個接觸級，它為氣業兩相提供傳質場所。為向接觸級提供兩相接觸所需的氣流和液流，塔頂設有冷凝器將頂部的蒸氣冷凝成液體并部分往下流，塔底設有再沸器將底部的液體部分汽化向上流。操作時原料液自塔的中部某適當的位置連續的加入，塔頂冷凝液的一部分作為塔頂產品－稱為餾出液連續產出，其余匯流進入塔頂；塔釜出來的液體經再沸器部分汽化后，液體作為塔底產品－稱為釜液連續排出，氣體則返回進入塔底。在加料位置之上部分，上升蒸汽與頂部下來的液體逐級逆流接觸，進行多次接觸級蒸餾，因此自下而上氣相易揮發組分濃度逐級增加；在加料位置之下部分，下降液體與底部上升的蒸汽逐級逆流接觸，也進行多次接觸級蒸餾，因此自上而下液相難揮發組分濃度逐級增加。總體來看，全塔自塔底向上氣相中易揮發組分濃度逐級增加；自塔頂向下液相中難揮發組分濃度逐級增加。因此只要有足夠多的塔板數，就能在塔頂得到高純度的易揮發組分，塔底得到高純度的難揮發組分。

二、回流比及回流的作用

1.回流比

精餾操作中，塔頂餾出物一部分D作為產品采出，另一部分L從塔頂返回精餾塔中，返回塔中的物料L與采出物料D的比值叫做回流比R，定義為：R=L/D。

2.回流的作用

a.設計方面：

回流比對精餾塔有著重要的作用。設計時，若回流比增加，精餾段操作線在y軸上的截距減小，點c和點d同時向下移動，既操作線都向偏離平衡線的方向移動，使得全塔所需的理論塔板數減少，這是有利的一面；回流比也并不是越大越好，回流比越大，冷凝器，再沸器負荷也隨之增大，并使塔負荷上升導致塔徑增大。

b.精餾塔實際操作方面：

(1）提高產品純度。

（2）補充易揮發組分，保證精餾操作連續穩定的進行。

三、精餾塔的物料，熱量，組分平衡

1.物料平衡

精餾塔的物料平衡，即進塔的物料量與出塔的物料量相等，做物料衡算，可以表示如下：

F=D+W

其中：F為進塔原料液流量，D為塔頂采出液流量，W為釜液采出流量。

2.組分平衡

通過上面的討論，可以看出，精餾操作要穩定進行，除了進出物料量相等外，各種組分進出塔量也應相等，才能保證塔內物料組成維持在一個相對穩定的范圍之內，從而保證精餾的穩定進行，組分平衡可以表示如下：

FxF=DxD+WxW

其中：xF，xD，xW分別為原料液，餾出液及塔釜液中易揮發組分的含量。

3.熱量平衡

忽略精餾塔本身的能量損耗，進塔的能量應該與出塔的能量相等，才能保證精餾的穩定進行，精餾塔的熱量衡算可以表示為：進塔物料所含有的內能加上再沸器中輸入的能量因該與塔頂冷凝器的換熱量，塔頂采出液與塔釜采出液的內能之和相同，否則精餾塔將無法正常運行。熱量輸入大于輸出，塔低難揮發組分也會大量揮發進入產品，造成產品質量欠佳；熱量輸入不足，易揮發組分不能得到足夠的能量，會大量從塔釜采出導致原料的浪費。

參考文獻：

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作者簡介：

李港橋（1971－ ），男，漢族，河南省濮陽市人，濮陽市龍宇化工責任有限公司甲醇廠，研究方向：甲醇、甲醚的生產。