导读：精馏（Distillation）能够实现高效、高纯度的分离，技术成熟，设备结构和操作相对简单，是化学工业和实验室中最常用的分离技术之一。它利用混合物中各组分挥发度（或沸点）的差异，通过反复的汽化和冷凝过程，将组分进行分离。
1、 精馏的基本原理：其核心原理是相对挥发度
- 挥发度差异：混合物中各组分具有不同的挥发度，在受热时，挥发度高的轻组分更容易从液相转变为气相，而挥发度低的重组分则更多地保留在液相中，这是精馏分离的基础。
- 多次部分汽化与部分冷凝：通过在精馏塔内设置多层塔板或填充填料，实现混合物的多次部分汽化与部分冷凝。气相在上升过程中，重组分不断被冷凝下来；液相在下降过程中，轻组分不断被汽化上去，从而使轻、重组分逐渐分离。
2、 精馏塔结构与部件
- 塔釜 (Reboiler/Bottoms)： 位于塔的底部，用于加热塔底液体，使其部分汽化。产生的蒸汽向上进入塔体。
- 加料段 (Feed Section)： 原料混合物（待分离的液体）从这里送入塔中。加料位置根据原料的组成和状态来确定。
- 精馏段（Rectifying Section）/提馏段（Stripping Section）：
- 精馏段（塔顶部分）： 位于加料口上方。在此段中，上升的蒸汽与下降的液体进行热质交换。易挥发组分在蒸汽中浓度逐渐升高。
- 提馏段（塔底部分）： 位于加料口下方。在此段中，下降的液体与上升的蒸汽进行热质交换。难挥发组分在液体中浓度逐渐升高。
- 塔盘/填料 (Trays/Packing)： 塔内通常装有多个塔盘（如泡罩塔盘、浮阀塔盘）或填料（如散装填料、规整填料），以增大汽液接触面积，促进热质交换，从而实现分离。
- 冷凝器 (Condenser)： 位于塔顶，用于将从塔顶出来的富含易挥发组分的蒸汽全部冷凝成液体。
- 回流罐 (Reflux Drum)： 接收冷凝器冷凝的液体。一部分液体作为回流液（Reflux）送回塔顶，另一部分作为塔顶产品（Distillate/Overhead Product）取出。
- 回流液： 送回塔顶的冷凝液，其作用是提供下降的液相，与上升的蒸汽进行热质交换，以提高塔顶产品的纯度。回流比（Reflux Ratio）是精馏过程中的关键参数。
- 塔底产品 (Bottoms Product)： 从塔釜中取出的富含难挥发组分的液体。
3、 工作流程简述：
- 原料液送入精馏塔。
- 塔釜加热，产生蒸汽上升。
- 上升蒸汽与下降液体在塔板或填料上进行多次接触，易挥发组分从液相转移到气相，难挥发组分从气相转移到液相。
- 富含易挥发组分的蒸汽到达塔顶，被冷凝器冷凝。
- 部分冷凝液作为回流液送回塔顶，与上升蒸汽再次接触，提高分离效果。
- 剩余的冷凝液作为塔顶产品取出。
- 富含难挥发组分的液体从塔底（塔釜）作为塔底产品取出。
4、操作与计算
4.1、 精馏操作参数
- 温度：不同塔板位置温度不同，形成温度梯度。塔顶温度较低，主要是轻组分；塔底温度较高，主要是重组分。温度的控制直接影响产品的纯度和组成。
- 压力：操作压力影响各组分的沸点，进而影响分离效果。常见有常压精馏、减压精馏（适用于热敏性物料）和加压精馏。
- 回流比：回流量与塔顶采出量之比。回流比越大，分离效果越好，但能耗也越高。存在一个最佳回流比，此时设备费用和操作费用之和最小。
4.2、 精馏计算
- 物料衡算：基于质量守恒定律，对精馏塔进行全塔物料衡算以及塔板物料衡算，可确定进料、出料和各塔板上的气液相流量与组成关系。
- 热量衡算：确定再沸器的加热量和冷凝器的冷却量，以保证精馏过程的热量平衡，为设备选型和操作提供依据。
- 理论塔板数计算：常用方法如逐板计算法、图解法（如麦凯 - 蒂利（McCabe - Thiele）法）等，用于确定达到给定分离要求所需的理论塔板数，实际塔板数需考虑塔板效率进行修正。
5、精馏的分类
根据操作压力、进料性质、塔体结构等，精馏有多种形式：
- 连续精馏 (Continuous Distillation)： 连续进料和连续出料，是最常见的工业精馏方式。
- 间歇精馏 (Batch Distillation)： 一次性进料，然后进行精馏，分批次取出产品。实验室常用。
- 常压精馏 (Atmospheric Distillation)： 在接近常压下操作。
- 减压精馏 (Vacuum Distillation)： 在低于常压下操作，用于分离沸点较高或热敏性物质。
- 加压精馏 (Pressure Distillation)： 在高于常压下操作，用于分离低沸点物质或将气体液化。
- 共沸精馏 (Azeotropic Distillation)： 当混合物形成共沸物（无法通过普通精馏分离）时，加入第三组分（夹带剂）改变相对挥发度。
- 萃取精馏 (Extractive Distillation)： 类似共沸精馏，但加入的溶剂不与混合物形成共沸物，而只是改变相对挥发度。
- 反应精馏 (Reactive Distillation)： 精馏与化学反应在同一塔内进行，利用反应消耗产物，促进平衡向有利方向移动，同时分离产物。
6、精馏的应用
- 石油炼制： 石油的原油蒸馏（常压塔和减压塔）是最大的应用，将原油分离为汽油、煤油、柴油、润滑油等组分。
- 化工生产： 醇、醚、酯、酮等有机溶剂的纯化和回收。
- 空气分离： 液化空气经精馏分离得到高纯度的氧气、氮气和氩气。
- 制药工业： 药物中间体和产物的纯化。
- 食品工业： 酒精的生产和纯化（如白酒、啤酒、葡萄酒的蒸馏）。
- 水处理： 海水淡化（蒸馏法）。
