蒸馏技术现状与发展
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所以说,从总体上看蒸馏学科目前仍然处于
半经验阶段。
概述
造成蒸馏学科理论研究滞后于实际应用的主 要原因：一是过程本身的复杂性，二是理论 和实验研究手段的不充分。如过去一直采用 稳态(或拟稳态)和热力学平衡级的方法，对 于过程中涉及界面的传质动力学行为、气泡 聚并和分裂与过程传递和流动相关的本质等 机理研究不够深入;
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概述
但是,至今关于气液两相界面相变传质 和传热及气泡群传质动力学规律仍处于宏 观的和热力学平衡水平上的研究,尚未发展 出能够比较准确表示过程传递的理论预测 方法。例如塔板效率或传质系数的确定仍 需要经验关联式或实验测定,从而导致工程 设计安全系数较大的设备和能量的很大浪 费。
概述
一、蒸馏分离工程的特点
1、系统工程性强，传递机理复杂。 蒸馏过程研究涉及工程和工艺性问题，
而过程的传递机理又十分复杂，很多重要问 题至今尚未解决。其根本原因是单相流动的 研究方法在蒸馏过程中难以再适用，同时由 于过程伴随着界面传递，相关的基础理论研 究还远远落后于实际工程应用。
一、蒸馏分离工程的特点
二、学科特点
即局部周期性的膨胀和收缩以及气泡的 聚并和分裂外，还有设备内筛板等塔内件的 表面性质和其上的孔径大小、气体流量、流 体性质(包括表面张力、流量、粘度、密度) 、体系内微量表面活性物质、两相流动方向( 包括逆流、并流和错流)等均为影响气泡大小 的重要因素。
塔内气体的表观速度、进料量和塔顶冷 凝回流液流量等操作条件不同时，塔板或填 料表面上的气体流动可在快速鼓泡流、慢速 鼓泡流和喷射流等之间转化；气泡表面流体 同时存在层流内层、层流、过渡型和湍流几 种流速，以及气泡尾流和界面传质、传热引 起的界面湍动。
快速鼓泡流
射 流
二、学科特点
由于蒸馏学科研究的具体对象是一种特殊的气 液两相流动体系，同时蒸馏过程中伴随气液 界面上的质量传递和能量传递；且涉及气泡 的聚并和分裂与两相流动和传递的相互影响 ，气泡的形成、生成、运动等阶段性过程中 不同的流动和传质行为,所以具有自身显著的 特点,现分述如下：
二、学科特点
1、传递过程中存在界面效应 不同尺寸的气泡具有不同的界面效应，从而造成不同
的传质速率；界面区域的特殊性质和传输行为，即 界面张力、界面扩散、表面活性物质在界面上的亲 和性吸附、分子的重定向作用等，以及涉及界面的 非平衡性质、非线性动态传递特性，如界面附近某 些组分的局部积累引起的密度涨落和气泡聚并与分 裂等。
2、分析方法和测试手段要求独特
在蒸馏分离过程中,需要进行 测量的基本数据包括：气泡群中 尺寸大小分布；气泡的产生、形 成、自由运动和破灭几个阶段的 传质和运动规律研究结果；气泡 间的相互作用与传递的关系；气 泡与表面流体之间的相对运动和 相间传质规律等。需要进行瞬态 跟踪测量。
一、蒸馏分离工程的特点
蒸馏技术用于混合物分离的优势与劣势
优势：基础较扎实，工程设计经验成熟； 大处理量、连续化操作性能强。
劣势：微观、亚微观层次的研究不足； 高能耗，且分离纯度越高能耗越高。
概述
蒸馏传质分离过程具有极高的复杂性,它 涉及塔板(或填料表面)上气液两相流动的相 互影响、气泡表面流型结构的转化、穿越气 液界面的质量和热量传递之间的相互耦合、 气泡的聚并和分裂与塔板流动气泡表面流型 的变化以及界面传质和传热等的密切关联等 。
3、设备放大效应严重。 蒸馏过程中的复杂流动结构、气泡之间
的相互作用、各组分传递速率之间的相互干 扰(耦合)、气泡大小与塔内件结构和表面性 质的密切关系，同样的物性和操作条件，在 不同尺度和结构的设备中可呈现出截然不同 的流型传质行为，表现出不同的操作特性。
一、蒸馏分离工程的特点
这均是由于对过程传递中非平衡性质和 非线性传质属性缺乏足够的了解，未能实现 对设备效应的定量认识，使得工业化设计至 今仍然处于逐级放大的经验阶段。所以，加 强过程放大效应的研究是实现蒸馏技术实用 化、工业化的关键。
一、蒸馏分离工程的特点
4、设备中气液两相混合物流体流量之间存在 一定的约束条件。
塔设备中上升蒸汽流量、进料量和塔顶 冷凝回流液体之间的相对流量存在一定的约 束关系,由此保证质量和能量交换的顺利进行 和达到产品纯度的要求。
一、蒸馏分离工程的特点
5、塔板或填料上气体分散相和连续相液体流 型的多样性。
蒸馏技术现状与 发展方向
主要内容 一、概述 二、蒸馏分离工程的特点 三、学科特点 四、蒸馏过程的传质动力学研究 五、过程强化 六、发展方向
概述
蒸馏是在气液两相逐级流动和接触时进行穿越
界面的质量和热量传递,并实现混合物分离纯化的化 工单元操作过程。作为当代工业应用最广的分离技 术,目前已具有相当成熟的工程设计经验与一定的基概述
随着石油化工、化学工业、环境化工等领 域的不断发展和兴起，使得蒸馏分离过程的 大处理量、连续化操作优势得以充分发挥， 但是作为高能耗的分离过程，在大型工业化 生产过程中无法避免地遇到产品的高纯度与 高能耗的矛盾。所以，在产品达到高纯分离 的同时又能减低能耗就成为蒸馏学科和工程 研究开发的主要目标。
二、学科特点
2、界面微观结构、组成在传递过程中的随机 变化。
界面处分子的相变行为、极性分子的结 构、表面张力和密度等的动态变化行为均与 界面结构和组成变化紧密相关，界面结构和 组成的变化有可能会使体系中的某些组分在 界面附近出现积累，即产生密度涨落。
二、学科特点
3、气泡形状的非规则性和影响因素的复杂性 。 除传递过程中,运动气泡表面上不同部位 处表面活性剂、组分浓度、温度分布、流体 运动行为的变化,造成的气泡不规则运动和变 形，
概述
此外，现有的测试手段无法进行气液两 相传递和运动规律的动态跟踪测定。所以需 要采用新的理论研究方法，以系统内气液两 相传递和流动的动态变化观点，从根本上对 过程传递机理加以认识，由此发展非线性、 非平衡的传质理论，以此为指导进行蒸馏单 元操作设备的工程设计、分离过程强化和以 蒸馏为基础发展高效复合传质过程。
半经验阶段。
概述
造成蒸馏学科理论研究滞后于实际应用的主 要原因：一是过程本身的复杂性，二是理论 和实验研究手段的不充分。如过去一直采用 稳态(或拟稳态)和热力学平衡级的方法，对 于过程中涉及界面的传质动力学行为、气泡 聚并和分裂与过程传递和流动相关的本质等 机理研究不够深入;
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概述
但是,至今关于气液两相界面相变传质 和传热及气泡群传质动力学规律仍处于宏 观的和热力学平衡水平上的研究,尚未发展 出能够比较准确表示过程传递的理论预测 方法。例如塔板效率或传质系数的确定仍 需要经验关联式或实验测定,从而导致工程 设计安全系数较大的设备和能量的很大浪 费。
概述
一、蒸馏分离工程的特点
1、系统工程性强，传递机理复杂。 蒸馏过程研究涉及工程和工艺性问题，
而过程的传递机理又十分复杂，很多重要问 题至今尚未解决。其根本原因是单相流动的 研究方法在蒸馏过程中难以再适用，同时由 于过程伴随着界面传递，相关的基础理论研 究还远远落后于实际工程应用。
一、蒸馏分离工程的特点
二、学科特点
即局部周期性的膨胀和收缩以及气泡的 聚并和分裂外，还有设备内筛板等塔内件的 表面性质和其上的孔径大小、气体流量、流 体性质(包括表面张力、流量、粘度、密度) 、体系内微量表面活性物质、两相流动方向( 包括逆流、并流和错流)等均为影响气泡大小 的重要因素。
塔内气体的表观速度、进料量和塔顶冷 凝回流液流量等操作条件不同时，塔板或填 料表面上的气体流动可在快速鼓泡流、慢速 鼓泡流和喷射流等之间转化；气泡表面流体 同时存在层流内层、层流、过渡型和湍流几 种流速，以及气泡尾流和界面传质、传热引 起的界面湍动。
快速鼓泡流
射 流
二、学科特点
由于蒸馏学科研究的具体对象是一种特殊的气 液两相流动体系，同时蒸馏过程中伴随气液 界面上的质量传递和能量传递；且涉及气泡 的聚并和分裂与两相流动和传递的相互影响 ，气泡的形成、生成、运动等阶段性过程中 不同的流动和传质行为,所以具有自身显著的 特点,现分述如下：
二、学科特点
1、传递过程中存在界面效应 不同尺寸的气泡具有不同的界面效应，从而造成不同
的传质速率；界面区域的特殊性质和传输行为，即 界面张力、界面扩散、表面活性物质在界面上的亲 和性吸附、分子的重定向作用等，以及涉及界面的 非平衡性质、非线性动态传递特性，如界面附近某 些组分的局部积累引起的密度涨落和气泡聚并与分 裂等。
2、分析方法和测试手段要求独特
在蒸馏分离过程中,需要进行 测量的基本数据包括：气泡群中 尺寸大小分布；气泡的产生、形 成、自由运动和破灭几个阶段的 传质和运动规律研究结果；气泡 间的相互作用与传递的关系；气 泡与表面流体之间的相对运动和 相间传质规律等。需要进行瞬态 跟踪测量。
一、蒸馏分离工程的特点
蒸馏技术用于混合物分离的优势与劣势
优势：基础较扎实，工程设计经验成熟； 大处理量、连续化操作性能强。
劣势：微观、亚微观层次的研究不足； 高能耗，且分离纯度越高能耗越高。
概述
蒸馏传质分离过程具有极高的复杂性,它 涉及塔板(或填料表面)上气液两相流动的相 互影响、气泡表面流型结构的转化、穿越气 液界面的质量和热量传递之间的相互耦合、 气泡的聚并和分裂与塔板流动气泡表面流型 的变化以及界面传质和传热等的密切关联等 。
3、设备放大效应严重。 蒸馏过程中的复杂流动结构、气泡之间
的相互作用、各组分传递速率之间的相互干 扰(耦合)、气泡大小与塔内件结构和表面性 质的密切关系，同样的物性和操作条件，在 不同尺度和结构的设备中可呈现出截然不同 的流型传质行为，表现出不同的操作特性。
一、蒸馏分离工程的特点
这均是由于对过程传递中非平衡性质和 非线性传质属性缺乏足够的了解，未能实现 对设备效应的定量认识，使得工业化设计至 今仍然处于逐级放大的经验阶段。所以，加 强过程放大效应的研究是实现蒸馏技术实用 化、工业化的关键。
一、蒸馏分离工程的特点
4、设备中气液两相混合物流体流量之间存在 一定的约束条件。
塔设备中上升蒸汽流量、进料量和塔顶 冷凝回流液体之间的相对流量存在一定的约 束关系,由此保证质量和能量交换的顺利进行 和达到产品纯度的要求。
一、蒸馏分离工程的特点
5、塔板或填料上气体分散相和连续相液体流 型的多样性。
蒸馏技术现状与 发展方向
主要内容 一、概述 二、蒸馏分离工程的特点 三、学科特点 四、蒸馏过程的传质动力学研究 五、过程强化 六、发展方向
概述
蒸馏是在气液两相逐级流动和接触时进行穿越
界面的质量和热量传递,并实现混合物分离纯化的化 工单元操作过程。作为当代工业应用最广的分离技 术,目前已具有相当成熟的工程设计经验与一定的基概述
随着石油化工、化学工业、环境化工等领 域的不断发展和兴起，使得蒸馏分离过程的 大处理量、连续化操作优势得以充分发挥， 但是作为高能耗的分离过程，在大型工业化 生产过程中无法避免地遇到产品的高纯度与 高能耗的矛盾。所以，在产品达到高纯分离 的同时又能减低能耗就成为蒸馏学科和工程 研究开发的主要目标。
二、学科特点
2、界面微观结构、组成在传递过程中的随机 变化。
界面处分子的相变行为、极性分子的结 构、表面张力和密度等的动态变化行为均与 界面结构和组成变化紧密相关，界面结构和 组成的变化有可能会使体系中的某些组分在 界面附近出现积累，即产生密度涨落。
二、学科特点
3、气泡形状的非规则性和影响因素的复杂性 。 除传递过程中,运动气泡表面上不同部位 处表面活性剂、组分浓度、温度分布、流体 运动行为的变化,造成的气泡不规则运动和变 形，
概述
此外，现有的测试手段无法进行气液两 相传递和运动规律的动态跟踪测定。所以需 要采用新的理论研究方法，以系统内气液两 相传递和流动的动态变化观点，从根本上对 过程传递机理加以认识，由此发展非线性、 非平衡的传质理论，以此为指导进行蒸馏单 元操作设备的工程设计、分离过程强化和以 蒸馏为基础发展高效复合传质过程。