精餾塔（Rectifier   tower）它是用來完成精餾操作和分離液體混合物中不同組分的主要設備。它通過將混合物加熱至沸點，然后在不同高度的塔板上進行蒸餾，實現組分的分離。蒸餾塔在化工過程中起著重要的作用，并應用于石油工業、化工、工業生產等領域。

精餾塔由幾部分組成，包括進料裝置、塔體、分離器、冷凝器和回流裝置等。蒸餾塔的組成和設計根據不同的應用和材料特性而不同，但其基本原理是通過不同的沸點來分離混合物。

板式蒸餾塔自1813年問世以來得到了廣泛的應用。直到20世紀70年代，板式塔的研究和應用處于領先地位。20世紀70年代以后，填料塔的研究取得了很大進展。20世紀80年代，專家學者通過對流體力學的研究，確定了液體介質在精餾塔內的運動規律和流動特性，并將其應用于塔的開發和結構優化。21世紀，精餾技術在化學工業中的應用起著決定性的作用。通過長期的研究和分析，人們逐漸對精餾技術有了更深入的了解，其中流體力學與液體的傳質和過程中的強化有了更完善和科學的理論模型，并已成功應用于大型精餾裝置。

蒸餾塔有多種結構形式，常見的有板式蒸餾塔和填料蒸餾塔。板式蒸餾塔由一系列水平板隔開液體混合物從塔頂進入塔內，在塔板上形成液體層，然后被蒸汽沖擊并逐步分離。板式塔有多種類型，如泡罩塔板和篩板。板式塔結構簡單，成本低、適應性強、放大容易，但效率低、壓降高、持液量大填。填料蒸餾塔利用填料增加塔內表面積，促進液體和蒸汽的接觸，從而實現分離。填料精餾塔有多種填料，如散堆填料、規整填料等。填料塔的效率高、壓降小、持液量小，但某些填料價格昂貴且對初始分布敏感，需要在一定高度安裝收集分布器裝置，因此中高壓操作的傳質性能較差。

蒸餾塔是一種分離液體混合物的設備，其工作原理是基于液體沸點的差異。在精餾塔中，混合物被加熱蒸發掉其中的液體成分，然后蒸汽被冷卻冷凝，最終得到高純度的液體。在這個過程中，液體組分的沸點決定了它們蒸發和冷凝的時間。沸點較低的組分將首先蒸發，而沸點較高的組分將保留在液體中。

組成

精餾塔由鉛塔和鎘塔組成。

鉛塔：鉛塔主要用于脫除低沸點雜質，主要分離物質為鉛和鋅。

鎘塔：鎘塔主要用于去除高沸點雜質，主要分離物質為鎘和鋅。

構造

精餾塔由塔本體、燃燒室、鎘塔還包括一個大型冷凝器。借助于斜槽和進料管精餾塔和熔化爐、熔煉爐的純鋅槽與冷凝器相連，形成一個密封的精餾系統。下面引用工廠中粗鋅的精煉過程來說明。

塔本體：塔體由多個托盤重疊安裝而成。它通常分為兩部分，即燃燒室中的蒸發段和燃燒室上方的回流段。

1.蒸發段

蒸發段是蒸餾塔的下部，主要用來加熱蒸發原液，使之轉化為氣體。在蒸發部分，通常布置加熱器和塔盤以將原液加熱至沸點并蒸發。

2.回流段

回流段是蒸餾塔的上部，主要用于將蒸發的氣體冷卻冷凝成液體，以便回流到蒸發段重新蒸發。在回流段中，通常設置冷凝器和塔盤，以便蒸發的氣體可以冷卻并冷凝成液體，然后回流到蒸發段。

回流段通常不需要外部加熱，但需要保持一定的溫度，以保證回流液的流動性。因此，回流段通常設有保溫空間以保持合適的溫度。同時，回流段的設計還需要考慮流體的流動和分配，以確保回流液能夠均勻地分配到蒸發段進行再蒸發。

塔盤

鋅蒸餾塔通常由50~60塊塔板組成，塔板一般由與碳化硅結合的粘土制成，碳化硅具有高導熱性、高堆積密度和高強度、低氣孔率等特性。目前工廠主要以大型托盤和通用托盤為主。大型塔盤是一種特殊設計的大尺寸塔盤，通常用于處理大量原料。這種塔板具有更高的處理能力和更好的分離效果，適用于處理要求高的過程。通用塔盤是一種常規設計的塔盤，體積小，適用于一般分離操作。這種托盤成本低結構簡單，適用于一般工藝要求。托盤結構如下表所示。

蒸發盤：蒸發皿的W形設計使金屬熔體儲存在靠近鍋壁的凹槽內，可以增加金屬熔體與鍋壁的接觸面積，從而促進傳熱和金屬蒸發。盤的中間向上凸起以形成薄金屬層的設計具有兩個功能：一是減少托盤中金屬的存量，使金屬蒸發更集中在托盤中部，提高蒸發速率；二是擴大金屬的蒸發表面，提高蒸發效果。

回流盤：回流盤的U形設計有助于增加液態金屬與蒸汽的接觸面積，提高反應效率。當液態金屬從氣孔進入圓盤時，由于圓盤中導向肋的存在，液態金屬被迫跟隨圓盤的表面“”形路徑流動。在液態金屬流動的過程中，溢流口的存在可以保證鍋內的液態金屬保持在一定的液位范圍內。當液態金屬液位超過溢流口的高度時，多余的液態金屬將通過溢流口排出，從而保持液位的穩定。除蒸發塔盤和回流塔盤外，塔盤內還有一個底盤、導氣盤、大檐盤、加料盤、出氣盤、反扣盤、液封盤、頂盤等輔助塔盤。

燃燒室和換熱室：燃燒室和熱交換室的結構如下圖所示。蒸發段裝配在塔的周圍，用耐火磚建造了一個矩形空間以形成燃燒室。燃燒室底部的左右側壁設有多個煙氣出口，出口面積從前到后逐漸減小這種設計可以防止燃燒點因抽吸力而后移，從而提高托盤上溫度分布的均勻性。熱交換室的主要功能是預熱氣體和空氣，并去除廢氣。熱交換室主要由雙孔空心磚組成煤氣和空氣通過空心磚與磚外的廢氣進行熱交換，然后分別進入煤氣和空氣主管道和燃燒室。在熱交換室內設置交錯的擋板以使廢氣出現“”形狀流動，延長熱交換時間，提高燃氣和空氣的預熱溫度。熱交換室的背面和左右兩側設有多層清洗口，便于清除堵塞部件。

冷凝器：冷凝器是用于冷凝和收集金屬蒸汽的裝置，由碳化硅制成（iC）耐火材料被制成方形容器。它的主要作用是通過墻體與外界進行熱交換，將金屬蒸汽凝結成液體，然后將其收集和儲存起來。冷凝器底部設有鋅液密閉儲罐，用于收集冷凝的金屬液。為了保持冷凝器的熱效率，外圍還有一個可移動的隔熱窗，可以減少熱量損失。

熔化爐：每個鉛塔都配有熔煉爐，熔煉爐用耐火磚建造。熔化爐主要用于熔化粗鋅錠和加熱液態粗鋅。熔爐有兩種反射式直接加熱和封閉式間接加熱。

加料器：進料器由碳化硅制成，內部有鋅密封可分為鉛塔饋線和鎘塔饋線，如下圖所示。進料器的一端通過進料管與進料盤相連，另一端通過溜槽接收來自熔爐或鉛塔冷凝器的鋅液。其作用是防止空氣進入塔內造成氧化鋅堵塞和事故。

板式塔

板式塔由一系列平行放置的水平板組成，每個板都有一定數量的孔和泡沫堆積層。混合物通過塔頂的噴淋均勻分布在板上，然后通過孔進入下一個板。在塔中，混合物與板上上升的蒸汽或液體接觸，發生蒸餾和分離。

板式蒸餾塔的工作原理是利用不同組分的揮發性差異來實現分離。在塔中，混合物中的揮發性組分將隨著蒸汽上升而蒸發，并通過板上的孔進入上板，而非揮發性組分將保持在液相中并逐漸向下流動。通過連續蒸餾和液相流動，不同的組分逐漸分離，最終收集在不同的板上。雖然效率低于填料塔、通量較小、高壓降和大持液量。板式蒸餾塔結構簡單、造價低、適應性強易放大的特點仍被廣泛應用。板式塔按塔板結構特點可分為篩板塔、泡罩塔、浮閥塔和噴射塔等。

泡罩塔

泡罩塔由立式圓筒和內部氣泡組成，分為圓形和槽形兩種。塔內有許多層水平板。泡罩上有許多小孔，用來分散氣體和液體，促進它們之間的接觸和傳質。泡罩塔盤的作用原理是氣體從泡罩內的提升管進入，通過環形截面和泡罩與提升管之間的旋轉通道從齒隙流出，在塔盤上形成氣泡進行氣液傳質。在氣泡層中，氣體和液體之間發生物理或化學反應，例如吸收、反應、去除，從而達到氣液分離和傳質的目的。經過泡罩層處理后，氣體從塔頂排出，液體從塔底排出。的泡罩種類、泡罩間距、入口和出口位置等參數可以根據具體的工藝要求進行設計和優化，以達到最佳的分離效果。

泡罩塔最大的優點是易于操作泡罩塔的操作相對簡單靈活，操作人員易于掌握。鼓泡塔的設計和結構可有效避免液體泄漏，操作穩定性高，可保持穩定的工藝條件。缺點是鼓泡塔的塔板結構相對復雜，對制造工藝和金屬消耗要求較高，成本較高。鼓泡塔塔板壓降大，會導致能耗增加。鼓泡塔內氣體流動路徑曲折，導致氣體分布不均勻，影響傳質效果和塔板效率。

為了克服傳統泡罩塔板的缺點，人們后來發明了一些新的泡罩塔板，如條形泡罩塔板、單流式(Uniflux tray, haped tray)泡罩塔板、旋轉泡罩塔板、傘型泡罩塔板、槽式泡塔板、帶溢流管泡置、長泡罩、泡罩垂直篩板等。它們各有特點，能適應不同的生產需求。

篩板塔

篩板塔由垂直圓筒和內篩板組成，篩板上有許多小孔，以分散氣液并促進它們之間的接觸和傳質。篩板塔的填料可以是各種形狀和材料的小顆粒，如球體、環形、骨架式、泡沫塑料等。

篩板塔的工作原理是氣體從塔底進入，經過篩板層，與塔頂噴出的液體接觸傳質。在篩板層中，氣體和液體之間發生物理或化學反應，如吸收、反應、去除，從而達到氣液分離和傳質的目的。篩板層處理后，氣體從塔頂排出，液體從塔底排出。篩板塔結構簡單、金屬耗量小、成本低等優點，生產能力和塔板效率高于泡罩塔板。缺點是操作彈性范圍窄，小孔篩板容易堵塞。

為了克服篩板塔的上述缺點，出現了大量的改進塔板。篩板塔的改進通常從改善塔板上的液體流動開始、氣液接觸狀態、減少夾帶和其他方面，例如多下導管塔盤(MD 托盤、DJ系列塔板)導向篩板、新型垂直篩板和復合篩板等。

浮閥塔

浮閥塔由一個立式圓筒和一個內部浮閥組成。浮閥塔的工作原理是氣體從塔底進入，經過浮閥層，與塔頂噴出的液體接觸傳質。浮閥層上有許多浮閥浮閥的作用是在氣體上升過程中通過浮力使浮閥層上的液體停止，使氣體通過浮閥層時與液體接觸并傳遞質量。浮閥層處理后，氣體從塔頂排出，液體從塔底排出。由于浮閥塔板的氣體流通面積可隨氣體負荷的變化而自動調節，因此可在較寬的氣體負荷下保持穩定操作，同時氣體水平吹出，氣液接觸時間長，霧沫夾帶少，具有良好的操作彈性和較高的塔板效率，在工業上得到廣泛應用。

浮閥塔結合了鼓泡塔和篩板塔的優點，在工業生產中得到廣泛應用。但隨著塔器技術的不斷進步，浮閥塔的一些缺點也暴露出來。浮閥塔閥蓋上方無鼓泡區，上方氣液接觸條件差，導致塔板傳質效率下降；塔板上的液位梯度較大，氣體在液體流動方向上分布不均勻；從閥孔出來的氣體被吹向四周，這導致塔板上有很大程度的液體返混；在運行中，浮閥和閥孔容易磨損，浮閥容易脫落。因此，國內外對浮閥塔進行了大量的研究，發明了許多新型浮閥塔。如環形浮閥、ADV微型浮閥塔板、高效錐形浮閥塔板、導向圓浮閥等。

噴射塔

噴射塔的主要結構是塔體和噴嘴。塔通常由不銹鋼制成、碳鋼等材料，具有良好的耐腐蝕性。噴嘴是噴射塔的核心部件。與傳統塔板相比，噴射塔板可使氣液平行流動，增加氣體負荷，強化兩相接觸噴射塔盤的特征在于良好的傳質效率。

其工作原理是利用液體或氣體的高速射流產生強烈的渦流和湍流來分離氣體或液體、凈化、濃縮等。噴嘴的噴射速度和角度對分離效果有很大影響。在噴射塔中，氣體或液體從底部進入，經過噴嘴后，已分離的物質從塔頂排出，未分離的物質從底部排出。

作為最早的噴射塔，舌形塔板性能好成本低。后來除了浮動舌形塔板，又結合了浮動閥板和舌形板的優點，靈活多變、效率高、運行穩定，塔盤壓力降低，處理能力強。

填料塔

填料塔通過填充材料提供了大量的表面積，從而增加了物質之間的接觸面積，促進了傳質過程。填料塔的基本結構由塔體組成、填料層和物料進出口。塔體通常由金屬或非金屬材料制成，具有一定的強度和耐腐蝕性。填料床是填料塔的核心部分，它可以為物質之間的有效傳質提供大量的表面積。填料的選擇取決于具體的應用要求普通填料包括金屬填料、塑料填料和陶瓷填料等。入口和出口用于將待處理的材料引入塔體并將處理過的材料從塔體排出。

精餾塔

填料塔的工作原理是基于物質的傳質過程。當物料進入填料塔時，由于填料層的作用，物料的表面積大大增加。這樣，物料之間的接觸面積也增加了，從而促進了物料之間的傳質。在填料塔中，物質可以通過物理吸附作用被吸附、化學反應、蒸發和冷凝用于傳質。通過調節填充柱的操作條件，例如溫度、壓力和流量等，可以實現物質的分離和提純。

填料可分為散裝填料和規整填料，規整填料是填料塔的核心部件它可以增加氣液接觸面積，促進氣液混合，提高傳質效率。常見的填充物如下：

環形填料：環形填料是環形填料的一種，通常由陶瓷制成、金屬或塑料制成。環形填料的優點是表面積大，氣液接觸充分，傳質效率高，不易堵塞。包括拉西環、鮑爾環、階梯環等。

球形填料：球形填料通常由金屬或塑料制成球形填料表面光滑，氣液接觸均勻，傳質效率高，但容易堵塞。包括多面體球形填料、三球形填料等。

鞍形填料：也稱為鞍環填料或鞍環填料。它由金屬或塑料制成，具有特殊的馬鞍形結構，形狀類似于馬鞍。特點是表面積大、通透性好、氣液接觸充分、傳質效率高。其馬鞍型結構可以增加填料的表面積，改善氣液接觸效果，具有良好的液體分布性能。

網狀填料：網狀填料通常由金屬或塑料制成網狀填料的優點是結構疏松透氣性好不易堵塞，但氣液接觸面積相對較小，傳質效率相對較低。

波紋填料：波紋填料通常由塑料或金屬制成，波紋填料表面有許多波浪形，可以增加氣液接觸面積，促進氣液混合，傳質效率高，但波紋填料容易堵塞。包括絲網波紋等。

塔盤組合

塔板組合是精餾塔的關鍵部件，其安裝組合應注意以下幾點：

緊密堆疊：托盤應緊密堆疊在一起，形成一個密封的整體。這可以通過確保托盤尺寸和形狀的準確性來實現。

180度轉向：相鄰兩個托盤的開口要成180度安裝，這樣可以交錯形成氣孔“之”字形或形通道。這種布置使得鋅液和鋅蒸氣沿著通道向下或向上流動，以實現更有效的接觸。

提高接觸效率：通過“之”通過鋸齒形通道的設計，鋅液在向下的流動中有足夠的機會被加熱和蒸發，而在向上的流動中高沸點的金屬蒸汽有足夠的機會冷凝。這樣可以提高蒸氣和液體之間的接觸效率，進而提高反應的效率和選擇性。

控制氣流速度：為保證產品質量，合并時塔內氣流速度不超過10m/。這可以通過合理設計塔盤的孔徑和通道尺寸來實現。

正確的塔板組合可以提高精餾塔的效率和穩定性，保證產品質量，同時實現更有效的氣液接觸

操作壓力

蒸餾塔頂部的壓力決定了塔頂的溫度和液相組成。一般來說，壓力越低，溫度越低；壓力越高，溫度越高，從而提高分離效果。然而，過低的塔頂壓力可能導致過高的塔底壓力，從而增加塔底的能耗和操作難度。塔底壓力過高可能導致塔頂壓力過低，降低塔頂分離效果。

在實際操作中，可以通過調節塔頂和塔底的壓力來改變精餾塔的分離效果和操作條件。但操作壓力的調整需要綜合考慮塔內的熱平衡和物料平衡以及設備的承載能力。

回流比

回流比是指蒸餾塔中回流液與進料液的比例關系。它對分離效果和操作條件有重要影響。

回流比的選擇主要受以下因素的影響：

分離效果：適當的回流比可以提高精餾塔的分離效果。較高的回流比可以提高液相在塔板上的濃度，從而提高分離效果。然而，過高的回流比可能導致液體回流過多，降低塔板上的汽液負荷并影響分離效果。

能耗：回流比的選擇也與塔底壓力有關。較高的回流比可以提高塔底壓力，降低能耗。但過高的回流比會增加回流液流量，增加塔底能耗。

塔板效率：回流比對塔板效率有重要影響。合適的回流比可以提高塔板效率和分離效果。回流比過高或過低都會降低塔盤效率。

操作難度：回流比的選擇還受操作難度的影響。較高的回流比會增加回流液的流速，這對設備的承載能力和操作條件提出了更高的要求。

進料量

進料量的變化將直接影響塔底熱源、塔頂冷凝器和回流，從而影響塔的操作穩定性。進料量過大或過小都會導致塔的運行不穩定，影響精餾效果。

一般來說，為了保證塔的操作穩定性，進料量應保持恒定。只有在必要時，如生產需求或設備故障時，才能調整進料速度。調節進料量時，應小心操作，逐步調節，以免影響塔的操作穩定性。該塔的最佳工作負荷為70%~80%之間。負荷過低會導致塔的平衡難以建立，分離效果不好；過高的負荷會影響塔的運行穩定性，在緊急情況下不易操作。因此，在實際操作中，應根據物料性質和分離要求確定最佳操作負荷，以確保塔的操作穩定性和分離效果。

進料組成

蒸餾塔的進料組成可以根據具體應用和需要進行調整。一般來說，精餾塔的進料組成是指進入塔內的混合物中各組分的含量。進料成分的確定需要考慮分離目標和要求，以及材料的性質和特性。如果進料組分中的輕組分增加，相當于提高了汽提段的壓力，導致塔底輕組分含量增加對塔來說最直觀的體現就是塔壓增加，塔頂冷凝器負荷增加；如果飼料成分中的重組分增加，則情況相反。

塔釜熱源

塔底熱源的變化將直接影響塔的操作穩定性和分離效果。塔底熱源的變化主要是通過調節底泵或熱虹吸管的原理來實現的。塔底溫度是塔分離的重要指標之一。如果塔底溫度低于控制指標，會導致塔底輕組分揮發不完全，造成輕組分超標；如果塔底溫度高于控制指標，會導致重組分揮發過多，分離效果不理想。

塔底熱源的變化將直接影響塔內蒸汽的上升速度。如果塔底熱源增加，塔內蒸汽的上升速率將增加；相反，如果塔底熱源減少，塔內蒸汽的上升速率就會降低。蒸汽流速的變化會影響塔內的傳質和傳熱過程，進而影響分離效果。調節塔底熱源時，需要平穩上升或下降，同時配合調節回流。如果調節不順利或不及時，會破壞傳質和傳熱過程，嚴重時甚至會造成沖塔現象，影響塔的操作穩定性和分離效果。

精餾塔廣泛應用于工業生產中，尤其是石油化工行業、化學工程、在食品和酒精行業，精餾技術也可以應用于環境保護。以下是一些常見的應用領域：

石油煉制

在石油加工中，蒸餾是最常見的操作之一。原油是一種復雜的混合物，其中含有許多沸點不同的碳氫化合物。通過將原油加熱到高溫，然后將其引入精餾塔，不同沸點的組分將在塔中冷卻和冷凝，形成液體或氣體。這樣，原油可以分解成不同沸點的餾分，如汽油、柴油、煤油等。

化學工程

蒸餾塔在化學工程中用于分離和提純各種化學品和化工產品。例如，精餾塔可用于分離溶劑、醇類、酸類、酮類、醚類等有機物。例如萃取蒸餾，使用萃取劑來增強分離效果。萃取劑通常是一種高沸點高選擇性的溶劑，能與混合物中的某些組分發生反應，使其沸點升高或降低，從而達到較好的分離效果。

食品酒精

蒸餾塔在釀造和酒精生產中起著關鍵作用。它用于從發酵液中分離和純化酒精，以獲得高純度的酒精產品。

天然氣處理

蒸餾塔用于分離和純化天然氣中的不同組分，例如甲烷、乙烷、丙烷等。

精細化工

在精細化工領域，蒸餾塔用于分離和提純各種有機化合物，如藥物、香料、精油等。

環境保護

蒸餾技術可用于廢水處理的蒸發和濃縮過程。通過加熱和蒸發廢水，可以從廢水中分離出水，從而實現廢水的濃縮和減容。這有助于減少廢水的排放和環境污染。蒸餾技術還可用于廢氣處理的吸附和解吸過程。通過將廢氣中的有害氣體吸附在吸附劑上，加熱解吸，可以將有害氣體從廢氣中分離出來，達到凈化廢氣，減少排放的目的。