精馏技术在理论与实践中发展

精馏是指利用液体混合物组分间挥发度的不同，通过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，从而完成混合物分离纯化的化工单元操作过程。由于目前对气液两相界面相变传热及气泡群传质动力学规律仍处于宏观和热力学平衡水平上的研究，尚未发展出能较准确表示过程传递的理论预测方法。因此，从总体上看，精馏技术及处于半理论半经验阶段，如板效率和传质系数及流体力学性能等的确定仍要靠经验公式关联和实验测定。

1.板式塔、填料塔各领风骚

实现精馏操作的主体塔设备主要分为板式塔和填料塔。工业上板式塔以筛板塔和浮阀塔为主。板式塔的流 体力学和传质模型比较成熟，数据可靠，以其结构简单、造价较低、适应性强和易于放大等特点在生产领域得到广泛应用，特别是在中、高压条件下与填料塔相比有相当优势。20世纪90年代以后，出现了一些新型塔板，如Nye，Super-frac、Enhanced MD和JCPT塔板等。这些新型塔板的主要特点是在保证效率的前提下，通过对塔板结构的特殊设计来减少降液管的面积，增大塔板上气液传质面积，并提高塔板的开孔率，从而 提高塔板的生产能力。JCPT塔板将板式塔和填料塔结合起来，巧妙地实现了气液在填料内的多级并流操作，解决了填料用于高压操作时效率严重下降的问题，具有较高的分离效率，且由于特殊的流道设计消除了降液管液泛，因而生产能力大大提高，特别适用于高压精馏。

20世纪70年代石油危机以后，填料塔技术获得长足进展，性能优良的填料相继问世，特别是规整填料及新型塔内件的不断开发应用和基础理论研究的不断深入，使得填料塔的放大问题得到解决，改变了以板式塔为主的局面。填料可分为散装填料和规模填料，使用较多的是金属环格状填料和金属波纹填料。在填料塔中，塔内件的设计也至关重要，如气液分布器设计直接影响整个塔的传质效率和生产能力。在减压精馏条件下与板式塔相比，填料塔有压降小、分离效率高、生产能力大等优点。

2.精馏过程计算机模拟迅速发展

对精馏过程的模拟已有半个多世纪的历史，特别是在大型计算机出现以后，得到了迅速发展。对精馏过程的早期模拟是假设各分离级均处于汽液平衡且各级内液相（或气相）是完全混合的，这种方法的缺点是每级（塔板）并不处于汽液平衡，因而必须以经验为基础，常常导致较大的误差。但此方法在工程设计中一般可取得较准确的结果，目前一般商用软件均属此类。

20世纪80年代中期提出的非平衡级模型认为只在气液界面上存在相平衡，缺点是仍然假定各级内气（液）相完全混合，这对于大型工业塔是不真实的，对于塔径较大的塔，则只能采用非平衡级和部分混合模型，即各级内液相只有部分混合，从进口堰液相存在浓度梯度。近年来提出的三维非平衡混合池模型属于这类模型，结果表明这种模拟方法更符合工业塔实际数据。

3.精馏传质动力学研究更加深入

精馏传质动力学研究的目的是预测点效率或局部传质系数。经典的气液传质模型包括膜模型、渗透模型和表面更新模型。

经典模型将气液传质过程假定为简单的理想状况，而实际情况要复杂得多。由于近界面流场结构的未知性，只能将影响传质的诸多因素归结为一个未知参数，而该参数只能通过传质实验结果反演而得，这样使得模型变成经验的或半经验的关联式。新提出的一些模型，如多尺度局部均匀模型，界面非平衡理论的模拟结果均难以令人满意。由于涉及界面区的热力学和动力学性质，必须从微观下手，包括微观的实验测定和微观的理论分析。微观的复杂性和多样性决定了模型只能是经验或半经验的。

4.精馏节能技术研究势在必行

无论是从技术成熟程度还是从应用广泛程度上来讲，精馏在化工分离过程中所占地位均居首位，但它却是一个能耗最大的化工单元操作。因此，精馏节能技术研究势在必行。

目前对精馏过程的各种节能措施可分为以下三类：一是热能的充分回收和利用；二是减少过程本身的能量需求；三是提高精馏的热力学效率。近年来精馏节能技术尚无重大进展，基本上是对上述技术的完善和补充。

近年业，为了寻求分离效率更高，能耗更少的精馏过程，同时也寻求一些特殊精馏方法以分离特殊物料，一些新的精馏过程，如添加物精馏、耦合精馏等应用明显增多。

总之，精馏技术在今后相当长的一段时间内仍将处于半理论经验的水平，但由于其成熟性，大多数工程设计已可精确到很高程度。同时，进一步开发新型的精馏设备和精馏过程，提高传质效率，降低能耗，尚有大量的理论和实际工作要求。