第九章蒸餾設備目錄第一節蒸餾基本知識第二節塔設備

全國高等學校高職高專藥品類專業衛生部“十一五”規劃教材《生物制藥設備》【學習目的】學習溶液蒸餾基本知識，培養塔設備基本操作技能，為蒸餾崗位打下技術基礎。【知識要求】1.了解蒸餾基本原理；雙組分理想混合體系的氣液平衡原理及意義；2.熟悉板式塔的結構和工作原理；3.掌握酒精回收塔的結構和工作原理。【能力要求】1.學會板式塔的基本操作技術；2.熟練應用酒精回收塔的操作技術回收有機溶劑。學習目標一、蒸餾的概念（一）基本概念1.揮發度純凈物質的飽和蒸氣壓就是該物質的揮發度，用表示。雙組分體系，易揮發組分A和難揮發組分B的揮發度分別為：2.相對揮發度溶液中兩組分揮發度之比稱為相對揮發度，用表示。第一節蒸餾基本知識表明兩組分蒸發能力相當，不能通過蒸發將兩組分分離開來。表明兩組分的蒸發能力有差別，可以用蒸發的方法將易揮發組分A同難揮發組分B分離開來。值差距越大分離效果越好3.飽和蒸汽壓當液體分子逸出速度與冷凝速度相等時，液面上的蒸氣數量不再增加，達到飽和狀態，此時蒸氣對液面所施加的壓力稱為飽和蒸氣壓。4.臨界蒸汽壓液體沸騰時的飽和蒸汽壓稱為臨界蒸汽壓。

5.汽化熱

液體蒸發過程需要向環境吸收熱量，液體變為同溫度的氣體所吸收的熱量叫汽化熱。和（二）蒸餾過程

將料液加熱到沸點，使易揮發成分大量汽化，蒸汽經冷凝后形成冷凝液，從而與難揮發成分分離的過程稱為蒸餾。蒸餾過程包含了料液沸騰和蒸汽冷凝兩個環節。

1.沸騰料液在室溫下就能蒸發，但只是發生在料液的表面。當料液中產生第一個氣泡時，其溫度稱為泡點溫度。到達泡點溫度后，料液大量汽化，汽化過程在不斷加速，料液處于沸騰狀態。2.冷凝

蒸汽將熱量傳遞給低溫物質，由氣態轉變成液態的過程稱為冷凝。

蒸汽分子聚集在一起形成第一顆露珠，此時的溫度稱為露點溫度。

蒸汽的冷凝過程是一個放熱過程，所放出的熱稱為潛熱，在數值上等于液體的蒸發熱。露點溫度潛熱蒸餾目的

將易揮發組分大量汽化，再將蒸汽冷凝成液體，從而得到純度較高的易揮發組分。二、蒸餾操作方式蒸餾可分為簡單蒸餾、平衡蒸餾和精餾等基本類型。（一）簡單蒸餾簡單蒸餾又稱微分蒸餾，是一種間歇、單級蒸餾過程。料液被加熱至沸騰，混合蒸汽直接冷凝成液體的過程。（二）平衡蒸餾將蒸餾釜中料液加熱使部分汽化，當汽液兩相達平衡后，將汽液兩相分離的過程，稱為平衡蒸餾。

平衡蒸餾又稱閃蒸，是一個連續穩定的傳質過程，既可以間歇操作又可以連續操作。特點：減壓，瞬間大量蒸發

平衡蒸餾的分離精度不高，一般用于混合原料液的初步分離。（三）精餾

通過加熱的方法，使料液大量汽化，分部收集不同沸點組分的冷凝液，這種操作過程稱為精餾。精餾裝置由精餾塔、再沸器、冷凝器等組成

用再沸器加熱料液使部分汽化，蒸氣沿塔上升，余下的液體作為塔底產品。原料液從中部進入塔內后與上升到塔段的氣體接觸，氣體部分冷凝后與原料液一起沿塔下降,原料液產生的蒸氣和升上塔段來的蒸氣繼續沿塔上升，并在不同的塔段冷凝成液體，沸點最低的組分將一直上升到塔頂，在塔頂冷凝成塔頂產品。在精餾操作過程中，用再沸器加熱時，各組分都能汽化成蒸汽。由于低沸點的組分在較低溫度下即沸騰并大量汽化，所以，高沸點組分汽化量較小，氣相中的主要成分是低沸點組分。

在精餾塔中，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氣相，氣相中的難揮發組分轉入液相。達到氣液平衡時，低沸點組分已從高沸點混合體系中分離出來。如果溫度條件控制得恰當，通過精餾，氣相中低沸點組分可達到99%以上的純度。第二節塔設備一、板式塔（一）板式塔結構1.板式塔塔體

由殼體、封頭、塔板、圍堰、降液管、氣體分布器等部件組成。2.塔板篩板泡罩浮閥泡罩浮閥塔板（二）塔板上氣液兩相的流動1.塔板上氣液兩相的理想流動鼓泡接觸狀態泡沫接觸狀態噴射接觸狀態鼓泡接觸狀態泡沫接觸狀態噴射接觸狀態流動狀態2.塔板上氣液兩相的非理想流動（1）返混

如果大部分氣體由下而上，少部分氣體由上而下，或者大部分液體由上而下，少部分液體由下而上，這種現象稱為返混。返混現象可分為液相返混和氣相返混。液相返混又稱液沫夾帶。氣相返混，又稱氣泡沫夾帶。（2）亂流液相分布氣相分布

由于塔板進出口之間有液面落差，液體從塔板進口流向塔板出口的過程中所受阻力大小有所差異，板上液體的厚度不均勻，從而引起氣流的不均勻分布，導致進口處液層厚，對氣體穿孔流動有較大阻力，液體中含氣量小，而出口部位液層薄，對氣體穿孔流動阻力小，液體中含氣量大。在上述情況下，氣相與液相之間傳質不均勻，濃度增加不足以補償濃度的降低，不利于傳質。

由于塔板的進口到出口之間，液體流動的路線不同，所受的阻力不同，導致液體的流動速度不一致，沿塔板的速度分布不均勻。在塔板的部分區域液體流動速度很低，形成了塔板上的滯流區域，同時還存在一些小尺度的反向流動。這些都對傳質不利。當液體流量很低時，在塔板上造成很大的死區，傳質效率很低。（三）板式塔的不正常操作1.液泛

降液管中液體的下降受阻，管內液體逐漸積累增高，當液面增高到超越溢流堰時，上下兩塔板上的液體連成一片，并依次向上，層層延伸直至全塔淹沒，這種現象稱為液泛，又稱淹塔。引起液泛的原因可以分為兩類：（1）降液管液泛液體流量和氣體流量都過大（2）夾帶液泛氣速過大，氣體穿過板上液層時將形成液沫夾帶2.漏液

一部分液體從篩孔直接流下，這種現象稱為漏液。氣速太小和板面上氣流分布不均勻是造成漏液的主要原因。

當從孔道漏下的液體量占液體總流量的10％以上時，稱為嚴重漏液。形成嚴重漏液后，塔板不能積液，傳質不能正常進行。在生產過程中，將漏液量控制在液體流量的10％以下，才能保證塔的正常操作。二、填料塔1.填料塔的結構填料塔由殼體、封頭、承重板、填料壓板、分布器等部件組成填料塔的填料2.填料塔的工作過程

液體在塔頂經分布器向下噴淋，并沿填料表面形成液膜向下流動，最后由塔底部流出；氣體由塔底承重板下進入塔筒體，靠壓力差穿過填料層的空隙，并與填料上的液膜進行動量、質量和熱量交換，最后由塔頂部排出。壁流效應

當液體沿填料向下流動時，有逐漸向塔壁集中的趨勢，使得塔壁附近的液流量逐漸增大，這種現象稱為壁流。

填料塔屬于連續接觸式氣液傳質設備，兩相組成沿塔高連續變化，在正常操作狀態下，氣相為連續相，液相為分散相。填料塔具有生產能力大，分離效率高，壓降小，持液量小，操作彈性大等優點。當液體負荷較小時不能有效地潤濕填料表面，從而使傳質效率降低；不能直接用于有懸浮物或容易聚合的物料；對側線進料和出料等復雜精餾不太適合，以及填料造價高等是填料塔不足之處。性能和應用三、酒精回收塔（一）酒精回收塔的結構

酒精回收塔由塔釜、塔身、冷凝器、冷卻器、緩沖罐、高位儲槽、穩壓罐、比重測定器等組成。塔內填裝高效不銹鋼波紋填料，因此屬于填料塔。（二）酒精回收塔的工作過程

將稀酒精溶液送入塔釜內進行加熱，乙醇與水混合其沸點降低，在較低的溫度下即達到沸騰。在乙醇大量汽化的同時部分水也隨之蒸發，形成以乙醇蒸汽為主要成分的混合蒸汽。產生的混合蒸汽從塔底上升，因塔體溫度逐漸下降，大部分水蒸汽冷凝成液體回流至塔釜，而乙醇蒸汽和少量的水蒸汽繼續上升至塔頂，經連通管道進入冷凝器冷凝成酒精液體，部分冷凝液回流至塔釜夠構回流液，另一部分經冷卻器冷卻后出料。

酒精回收塔回收效率高，可將濃度為30%～50%左右的稀酒精濃縮成95%左右的濃溶液。酒精回收塔具有結構緊湊、運行成本低、清洗和維修方便等優點，有廣泛的使用。（三）酒精回收塔操作與維護

必須酒精回收塔的操作規程操作，要定期進行氣密性試驗，以防止泄露；定期對儀表、儀