精馏

精馏塔

精馏塔（fractionating column）是进行精馏的一种塔式

汽液接触装置，又称为蒸馏塔。有板式塔与填料塔两种主

要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。

蒸气由塔底进入。蒸发出的气相与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向气

相中转移，气相中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液

中转移，气相愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下

降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，从而达到组分

分离的目的。由塔顶上升的气相进入冷凝器，冷凝的液体

的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分

则作为馏出液取出。塔底流出的液体，其中的一部分送入

再沸器，加热蒸发成气相返回塔中，另一部分液体作为釜

残液取出。

精馏原理 (Principle of Rectify)

蒸馏的基本原理是将液体混合物多次部分气化和部分冷凝,利用其中各组份挥发度不同（相对挥发度，α）的特性，实现分离目的的单元操作。蒸馏按照其操作方法可分为：

简单蒸馏、闪蒸、精馏和特殊精馏等。

超重力精馏塔

近年来出现的超重力精馏技术，利用高速旋转产生的数百

至千倍重力的超重力场代替常规的重力场，极大地强化气

液传质过程，将传质单元高度降低1个数量级。从而使巨

大的塔设备变为高度不到2米的超重力精馏机，达到增加

效率、缩小体积的目的。超重力精馏改变了传统的塔设备

精馏模式，只要在室内厂房里就可以实现连续精馏过程。

对社会的发展而言可节省钢材资源，延长地球资源的使用

年限；对企业的发展而言，可以节约场地与空间资源，减

少污染排放，提高产品质量，改善经营管理模式，降低生

产劳动强度，增加生产的安全性。

一、实验目的

1. 熟悉精馏的工艺流程，掌握精馏实验的操作方法；

2. 了解板式塔的结构，观察塔板上气-液接触状况；

3. 测定全回流时的全塔效率及单板效率。

4. 测定全塔的浓度分布。

二、摘要

在板式精馏塔中，由塔釜产生的蒸汽沿塔逐板上升与

来自塔顶主板下降的回流液，在塔板上实现多次接触，进

行传热与传质，使混合液达到一定程度的分离。对于双组

分混合液的蒸馏，若已知汽液平衡数据，测得塔顶流出液

组成

X、釜残液组成W X，液料组成F X及回流比R和进料状D

态，就可用图解法在y x 图上，或用其他方法求出理论塔板

数

N。塔的全塔效率T E为理论塔板数与实际塔板数N之比。

T

精馏塔的单板效率

E可以根据液相通过测定塔板的浓度变

M

化进行计算。本实验在板式精馏塔全回流的情况下，通过

测定乙醇丙醇体系混合液在精馏塔中的传质的一些参数，

计算精馏塔的总板效率和某几块板的单板效率（液相单板

效率），分析该塔的传质性能和操作情况。

三、实验原理

在板式精馏塔中，混合液的蒸汽逐板上升，回流液逐板下降，气液两相在塔板上接触，实现传质、传热过程而

达到分离的目的。如果在每层塔板上，上升的蒸汽与下降

的液体处于平衡状态，则该塔板称之为理论塔板。然而在

实际操做过程中由于接触时间有限，气液两相不可能达到

平衡，即实际塔板的分离效果达不到一块理论塔板的作用。因此，完成一定的分离任务，精馏塔所需的实际塔板数总

是比理论塔板数多。

回流是精馏操作得以实现的基础。塔顶的回流量与采出量之比，称为回流比。回流比是精馏操作的重要参数之

一，其大小影响着精馏操作的分离效果和能耗。回流比存在两种极限情况：最小回流比和全回流。本实验处于全回流情况下，既无任何产品采出，又无原料加入，此时所需理论板最少，又易于达到稳定，可以很好的分析精馏塔的性能。影响塔板效率的因素很多，大致可归结为：流体的物理性质（如粘度、密度、相对挥发度和表面张力等）、塔板结构以及塔的操作条件等。由于影响塔板效率的因素相当复杂，目前塔板效率仍以实验测定给出。

板效率是体现塔板性能及操作状况的主要参数，有两

种定义方法。

（1） 总板效率E

e N E N =

式中：——总板效率；

N ——理论板数 （不包括塔釜）；

N e ——实际板数

（2） 单板效率ml E

1*1n n ml n n x x E x x ---=-

式中：ml

E ——以液相浓度表示的单板效率； n x ，1n x -——第n 块板和第n-1块板的液相浓度；

*n x ——与第n 块板气相浓度相平衡的液相浓度。

总板效率与单板效率的数值通常由实验测定。单板效

率是评价塔板性能优劣的重要数据。物系性质、板型及操作负荷是影响单板效率的重要参数。当物系与板型确定后，可通过改变气液负荷达到最高的板效率；对于不同的板型，

可以在保持相同的物系及操作条件下，测定其单板效率，以评价其性能的优劣。总板效率反映全塔各塔板的平均分离效果，常用于板式塔设计中。

实验所选用的体系是乙醇—正丙醇，这两种物质的折

射率存在差异，且其混合物的质量分数与折射率有良好的线性关系，通过使用阿贝折光仪来分析料液的折射率，从而得到浓度。在实验温度下，该混合料液的折射率与质量分数（以乙醇计）的关系如下：

58.206842.1941D m n =- 式中： ——料液的质量分数（0

n D ——料液的折射率（1.3560

1.3577）。

四、实验装置流程图及主要测试仪器表

图1、精馏实验流程