精馏过程原理

   

精馏过程实质上是简单蒸馏过程的叠加，是多次部分汽化和多次部分冷凝的联合操作，多次部分汽化和多次部分冷凝过程在相图中的表示如图1和图2所示。

对多次部分汽化过程（图1），假设某料液中易挥发组份浓度为x_f，其从完全液相、温度为t_f状态点开始受热，逐渐升温至汽液两相区，对应平衡温度为t₁，此时混合液形成汽液两相，易挥发组份在汽液相中的浓度分别为x₁和y₁，由图可看出x₁<x_f<y₁，混合液得到初步分离；如果进一步将获得的液相继续升温至t₂，则又形成汽液两相，使得液相中的易挥发组份越来越少。

图1 多次部分汽化过程

对多次部分液化过程（图2），假设某混合汽中易挥发组份浓度为y_f，其从完全汽相、温度为t_f状态点开始降温，逐渐降温至汽液两相区，对应平衡温度为t₁，此时混合汽形成汽液两相，易挥发组份在汽液相中的浓度分别为x₁和y₁，由图可看出x₁<x_f<y₁，混合汽得到初步分离；如果进一步将获得的汽相继续降温至t₂，则又形成汽液两相，使得汽相中的易挥发组份越来越大。

图2 多次部分冷凝过程

以上的多次部分汽化或多次部分冷凝均不能构成精馏过程的连续操作，只是属于简单蒸馏；而精馏则是多次部分汽化与多次部分冷凝的联合操作，为了能够使这两个过程叠加而顺利进行，通常采用板式精馏塔进行操作，其由若干块塔板构成，每块塔板均被假设为理论板，其上温度即为泡点。精馏塔从上到下每块板上汽液相中易挥发组份的浓度关系为：

    y₁ > y₂ > ... ... > y_n > y_n+1 > ... ...

    x₁ > x₂ > ... ... > x_n-1 > x_n > x_n+1 > ... ...

则每块板上液体的温度关系为：

              t₁ < t₂ < ... ... < t_n-1 < t_n < t_n+1 < ... ...

    精馏塔中的每一块塔板实质上就是一个中间再沸器和中间部分冷凝器，其过程的图示如图3所示。温度（t_n-1）较低的第n-1块塔板液相通过导流槽进入第n块塔板，与来自温度（t_n+1）较高的地n+1块塔板的汽相相接触，从而使汽相部分冷凝和液相部分汽化，在第n块塔板形成新的平衡，对应平衡温度为t，液相浓度为x_n，汽相浓度为y_n。由图可见，在第n块塔板，汽相中易挥发组份的浓度得到进一步增加，而液相中易挥发组份的浓度得到进一步降低，这样经过多块塔板依次进行相似操作，最终实现组份的分离。

图3 精馏塔塔板上的汽液平衡