精餾
精餾
精餾是利用混合物中各組分揮發度不同而將各組分加以分離的一種分離過程，常用的設備有板式精餾塔和填料精餾塔。精密精餾的原理及設備流程與普通精餾相同，只是待分離物系中的組分間的相對揮發度較小(<1.05~1.10),因而採用高效精密填料以實現待分離組分的分離提純。在單離香料的生產原料一天然精油中經常有同分異構體並存的情況，例如在香葉油、玫瑰油、玫瑰草油等天然精油中同時存在的香茅醇和玫瑰醇就是旋光異構體。這些同分異構體的沸點差比較小，用一般的精餾過程很難實現這種單離香料的有效分離，因此精密精餾在單離香料的生產中有著廣泛的應用。在精密精餾塔中使用的高效填料包括Q 網環(Dixon)填料、網鞍(McMahon)填料等散裝填料和以絲網波紋填料(Sulyer 填料)為代表的規整填料。這些填料的比表面大，潤濕性好，持液量和流體阻力都小，但是散裝填料塔的直徑不宜太大，否則傳質分離效率會急劇下降，此即填料塔的“放大效應”。規整填料的放大效應較小，因此絲網波紋規整填料的應用越來越廣泛。
精餾通常在精餾塔中進行，氣液兩相通過逆流接觸，進行相際傳熱傳質。液相中的易揮發組分進入氣相，氣相中的難揮發組分轉入液相，於是在塔頂可得到幾乎純的易揮發組分，塔底可得到幾乎純的難揮發組分。料液從塔的中部加入，進料口以上的塔段，把上升蒸氣中易揮發組分進一步增濃，稱為精餾段；進料口以下的塔段，從下降液體中提取易揮發組分，稱為提餾段。從塔頂引出的蒸氣經冷凝，一部分凝液作為迴流液從塔頂返回精餾塔，其餘餾出液即為塔頂產品。塔底引出的液體經再沸器部分氣化，蒸氣沿塔上升，餘下的液體作為塔底產品。塔頂迴流入塔的液體量與塔頂產品量之比稱為迴流比，其大小會影響精餾操作的分離效果和能耗。
根據操作方式，精餾可分為連續精餾和間歇精餾；根據混合物的組分數，可分為二元精餾和多元精餾；根據是否在混合物中加入影響氣液平衡的添加劑，可分為普通精餾和特殊精餾（包括萃取精餾、恆沸精餾和加鹽精餾）。若伴有化學反應，則稱為反應精餾。在有色金屬冶金中，精餾成功地用於粗鋅的精鍊。工業上還常將金屬轉變為氯化物然後經精餾
雙組分混合液的分離是最簡單的精餾操作。典型的精餾設備是連續精餾裝置（圖1），包括精餾塔、再沸器、冷凝器等。精餾塔供汽液兩相接觸進行相際傳質，位於塔頂的冷凝器使蒸氣得到部分冷凝，部分凝液作為迴流液返回塔頂，其餘餾出液是塔頂產品。
位於塔底的再沸器使液體部分汽化，蒸氣沿塔上升，餘下的液體作為塔底產品。進料加在塔的中部，進料中的液體和上塔段來的液體一起沿塔下降，進料中的蒸氣和下塔段來的蒸氣一起沿塔上升。在整個精餾塔中，汽液兩相逆流接觸，進行相際傳質。液相中的易揮發組分進入汽相，汽相中的難揮發組分轉入液相。對不形成恆沸物的物系，只要設計和操作得當，餾出液將是高純度的易揮發組分，塔底產物將是高純度的難揮發組分。進料口以上的塔段，把上升蒸氣中易揮發組分進一步提濃，稱為精餾段；進料口以下的塔段，從下降液體中提取易揮發組分，稱為提餾段。兩段操作的結合，使液體混合物中的兩個組分較完全地分離，生產出所需純度的兩種產品。當使 n組分混合液較完全地分離而取得 n個高純度單組分產品時，須有 n-1個塔。
精餾之所以能使液體混合物得到較完全的分離，關鍵在於迴流的應用。迴流包括塔頂高濃度易揮發組分液體和塔底高濃度難揮發組分蒸氣兩者返回塔中。汽液迴流形成了逆流接觸的汽液兩相，從而在塔的兩端分別得到相對純凈的單組分產品。塔頂迴流入塔的液體量與塔頂產品量之比，稱為迴流比，它是精餾操作的一個重要控制參數，它的變化影響精餾操作的分離效果和能耗。
評價精餾操作的主要指標是：①產品的純度。板式塔中的塔板數或填充塔中填料層高度，以及料液加入的位置和迴流比等，對產品純度均有一定影響。調節迴流比是精餾塔操作中用來控制產品純度的主要手段。②組分回收率。這是產品中組分含量與料液中組分含量之比。③操作總費用。主要包括再沸器的加熱費用、冷凝器的冷卻費用和精餾設備的折舊費，操作時變動迴流比，直接影響前兩項費用。此外，即使同樣的加熱量和冷卻量，加熱費用和冷卻費用還隨著沸騰溫度和冷凝溫度而變化，特別當不使用水蒸氣作為加熱劑或者不能用空氣或冷卻水作為冷卻劑時，這兩項費用將大大增加。選擇適當的操作壓力，有時可避免使用高溫加熱劑或低溫冷卻劑（或冷凍劑），但卻增添加壓或抽真空的操作費用。
主要是精餾塔的計算。不論是板式塔或是填充塔，通常都按分級接觸傳質的概念來計算理論板數。對於雙組分精餾塔的設計計算，通常給定的設計條件有：液體混合物（料液）的量 F和濃度 xf（以易揮發組分的摩爾分率表示），以及塔頂和塔底產品的濃度 xd和 xw。計算所需的理論板數 NT和實際板數 NP 。計算前必須先確定合理的迴流比。理論塔板數的計算方法有：
最常用的是麥凱勃－蒂利圖解法（美國W.L.麥凱勃和E.W.蒂利在1925年合作設計的雙組分精餾理論板計算的圖解方法）用於雙組分精餾計算。此法假定流經精餾段的汽相摩爾流量 V和液相摩爾流量 L以及提餾段中的汽液兩相流量 V′和 L′都保持恆定。此假定通常稱為恆摩爾流假定，它適用於料液中兩組分的摩爾汽化潛熱大致相等、混合時熱效應不大、而且兩組分沸點相近的系統。圖解法的基礎是組分的物料衡算和汽液平衡關係。
隨著精餾技術日趨成熟和生產規模的擴大，具有多股加料和側線抽出等特殊功能以及具有側塔和中間再沸器等的各種複雜的精餾塔相繼出現。現今越來越需要對精餾作出嚴格計算，以了解塔內溫度、流量和濃度的變化，達到更合理的設計和操作。電子計算機的應用，為嚴格計演演算法提供了條件。各種嚴格計演演算法均基於四類基本方程：即組分物料衡算式、汽液相平衡關係、歸一方程（汽相及液相中各組分摩爾分率之和為 1）和熱量衡算方程。對每塊理論板都可以建立這些方程，組成一個高維的方程組，然後依靠電子計算機求解。根據不同的指定條件，原則上此方程組可用於新塔設計或對現有塔的操作性能核算。
基本信息
- 中文名
- 精餾
- 外文名
- rectification
- 類型
- 蒸餾方法
- 學科
- 化工
- 分為
- 連續精餾和間歇精餾
- 用於
- 化工、製藥、冶金等部門