精馏塔工作原理动画（连续精馏的原理及过程的实现）

连续精馏的基本原理

a、用t-x-y相图说明精馏过程

现以苯--甲苯混和液的精馏为例（见图1）

图1 苯-甲苯混和液的t-x-y图

将组成为xf的苯--甲苯混和液，从温度为t0的A点状态起，在外压不变的情况下，加热至t2(C点）时开始沸腾，此时出现与液相平衡的气相组成y2(P点）；继续加热使温度上升到t3(E点），这时有较多的蒸气生成。互相平衡的气、液相组成分别为y1(G点）和x1（D点）。显然y1>x1。混和液在加热气化的过程中，蒸气量逐渐增加，液体量逐渐减少，液相中易挥发组分的含量也逐渐减少，所以沸腾温度逐渐升高。当温度升到t4（H点），这时混和液的量已极少，终至消失。在混和液将要消失而未消失前的组成为x2(I点)。当混和液全部转化为蒸气时，时蒸气的组成等于原来混和液的组成，即yf=xf 。再继续加热只能使蒸气变为过热蒸气，其组成不变。显然，全部气化达不到分离组分的目的。对加热到C点以上的H点以下的气化过程称为部分气化过程。只有部分气化才能使yA>xA,根据这个道理，若将温度为t0、组成为xf的原始混和液由A加热到E点，并将组成为y1的蒸气全部移出冷凝；剩余的组成为x1的液体继续加热到N点（温度为t4)，又得到互成平衡的气相和液相，其组成分别为yf和x2，同样将组成为yf的气相全部移出；剩余的组成为x2的液相又继续加热到t5,得到相互平衡的气相和液相，其组成分别为y3(F点)和x3(J点)。如此反复地进行多次部分气化，剩余的液体量就愈来愈少，其中易挥发组分的含量也愈来愈少，沸腾温度则愈来愈高，最终可得到几乎纯的难挥发组分甲苯。

反之，若将组成为yf、温度为t6(B点）的混和蒸气，采用部分冷凝的方法，按照上述相反的程度进行分离，最终可得到几乎纯的易挥发组分苯（读者可自行作出分析）。

综上分析,将液体混和物进行多次部分气化,难挥发组分便在液相中得到富集；将混和蒸气进行多次部分冷凝，易挥发组分则在气相中得到富集。精馏就是在同一设备（精馏塔）内，同时并多次地进行部分气化和部分冷凝的操作过程，从而得到几乎纯易挥发组分的馏出液和几乎纯难挥发组分的馏残液。

b、精馏过程的实现

图2 用塔式设备体现精馏原理图

工业上是如何实现在同一设备中同时并多次地进行部分气化和部分冷凝的呢？

为了便于说明问题今设有七个蒸馏釜串联操作（见图2（a）)，并假定组成为xf的以组分混和液以一定的连续地进入釜4中，使之与釜5来的、组成为y5的蒸气充分接触，进行传热、传质过程，形成组成为y4的蒸气和与之相平衡的、组成为 x4的液体。将组成为y4的蒸气引入釜3，与液体充分接触，蒸气进行部分冷凝，放出热量，而液体吸收热量进行部分气化。

显然，蒸气部分冷凝首先是其中的难挥发组分；液体部分气化首先是其中的易挥发组分。所以，当组成为y3的蒸气经部分冷凝和釜3中液体经部分气化后，形成组成为y3的蒸气和与之相平衡的、组成为x3的液体。显然，y3>y4;x3>x4,如果将这种关系推广到任意两个相邻的釜，则可表示为yn>yn+1;xn-1>xn。就是说，就蒸气而言，上一釜的蒸气比下一釜的蒸气含易挥发组分多。

依此类推，第一釜的蒸气含易挥发组分最多，甚至几乎是纯易挥发组分：就液相而言，下一釜的液体含难挥发组分较上釜多，直至最下一釜几乎为纯难挥发组分，从而达到了分离组分的目的。

然而，随着过程的进行，由于yn>yn+1，xn必然愈来愈小，导致yn也愈来愈小，最后yn=yn+1，即自n+1釜上来的蒸气仅仅从第n釜的液体中通过，不进行传质、传热过程，达不到分离组分的目的。为解决这个问题（参看图2（b)）可将上一釜的部分液体引至下一釜（称回流），以补偿下一釜因部分气化而损失的易挥发组分，因为xn-1>xn。这样，各釜的气、液相组成便不随时间而变，精馏操作可稳定地继续进行。

图2（c）是精馏塔的一部分，它相当于图2（b)各釜重叠起来，每快塔板就相当于一釜。图中所示为筛板塔，蒸气由各塔板的筛孔穿过，进入该板上的液层鼓泡而上；回流液则由溢流管逐板下降。当然，作为工业精馏装置，除精馏塔外还应有塔顶部的冷凝器和下部的再沸器等配套设备。（见图3）。

图3 连续精馏流程

连续精馏流程

连续精馏的主要装置和流程如图3所示。连续板式精馏塔加料板以上部分称为精馏段，加料板以下（包括加料板）部分称为提馏段。生产时，原料液不断地经预热器预热到指定温度后进入加料板，与精馏段的回流液汇合逐板下流，并与上升蒸气密切接触，不断地进行传质和传热过程，最后进入再沸器的液体几乎全为难挥发组分，引出一部分作为馏残液送预热器回收部分热能后送往贮槽。剩余的部分在再沸器中用间接蒸汽加热气化，生成的蒸气进入塔内逐板上升，每经一块塔板时，都使蒸气中易挥发组分增加，难挥发组分减少，经过若干块塔板后进入塔顶冷凝器全部冷凝，所得冷凝液一部分作回流液，另一部分经冷却器降温后作为塔顶产品（也称馏出液）送往贮槽。

a、操作情况

（1）每层塔板都发生部分气化和部分冷凝，各层塔板提供一定的接触时间使传质进行，每层塔板接近于一次平衡蒸馏。

（2）向上往塔顶方向，蒸气中轻组分的含量越来越高，向下往塔底方向，液体中重组分含量越来越高。每层塔板上相接触的气、液流组成应接近，这样才可能存在露点与沸点间的温度差，这些在精馏过程中系统会自动地调节和适应。

（3）最上一层塔板的蒸气必须与其组成接近的液体相接触，因而塔顶必须从外界供应与馏出液组成相近的液体。这可由塔顶引出的蒸气全部冷凝后的部分冷凝液引回，称为回流。没有回流，塔内部分气化和部分冷凝就不能发生，精馏操作无从进行。

（4）从塔底应提供蒸气，而蒸气的组成应与塔底馏残液相近，这由在塔底安装的再沸器使馏残液部分气化来解决。

（5）进料组成介于馏出液和馏残液之间，因而进料应在塔体中部的某一适宜的塔板上，该板称为进料板，在这层塔板上的液体的组成与进料相接近。

为了便于分析和计算，连续精馏流程可简化如图4。塔内塔板数是由上而下数编序的。