物料分离机械课件

物料分离机械一、膜分离基本概念用天然的或人工合成的高分子薄膜或其他具有类似功能的材料，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离，分级，提纯和富集的方法，统称为膜分离法；分类：按膜的来源：天然膜和合成膜；按膜的材料：树脂膜、陶瓷膜及金属膜；按膜的化学组成：纤维素酯类膜、非纤维素酯类膜；按膜断面的物理形态或结构：对称膜、不对称膜、复合膜；按膜的形状：平板膜、管式膜和中空纤维膜等。目前醋酸纤维素膜和聚酰胺膜应用较广泛。

透水速率或透过速度：即单位时间内通过单位面积膜的液体体积或质量；可透度：在单位时间、单位膜面积与单位推动力作用下通过膜的组分数量与膜厚度的乘积；选择性：各种组分可透过度的比值；截留率：某组分在截留液中浓度与在原液中浓度的比值；分划相对分子量：截留率为100%的组分的最低相对分子质量；膜分离的技术特性特点：

风味和香味成分不易失散；易保持食品某些功效；不存在相变过程，节约能量；工艺适应性强，处理规模可大可小；操作维护方便；易实现自动化控制；1．有利于食品成分的保存

膜分离过程在常温下进行，特别适用于热敏性物质的处理，如果汁、酶等的分离、分级、浓缩和富集。食品原料经过膜处理后，色泽、香气和风味均无变化，营养物质损失也极少。此外，膜分离过程一般是在闭合的回路中运转，减少了氧气对食品成分的氧化作用。2、能耗少，费用低膜分离过程中，只需给泵提供一定的能量，在一定压力下，被分离的物质只需移动不到1μm的距离就可以进行分离、提纯、浓缩，能耗少。因此，膜分离技术又称为省能技术。采用膜分离技术还可以大大节省操作费用。3、工艺简单、产量高膜分离将物料加压输送和反复循环，容易控制。装置亦十分简单，操作容易，占地面积小，易于维修。4、分离范围广

与抽提法、吸附法等相比较，膜分离法在不发生相变化和不使用第三种化学成分的情况，就可将相对分子质量不同的物质分离开，适用于有机物和无机物，并从病毒、细菌到微生物有着广泛的分离范围。膜分离法还适用于许多特殊溶液体系的分离，如对溶液中分子和无机盐的分离、一些共沸物或近沸点物系的分离。

在食品加工中，某些发酵液往往含有许多悬浮成分，用离心分离或预涂层过滤器等分离，难以得到澄清液，采用膜分离技术就可以得到高澄清度的分离液。食品加工废液中微量成分的回收和低浓度食品溶液的浓缩等，只有采用膜分离技术才能实现，其中最典型的就是乳品工业中乳清蛋白的回收。

膜分离不同于一般的过滤。在膜分离过程中液体的流动方向垂直于过滤介质；而被分离的溶质则与膜面平行流动，这种流动称为横向流动。横向流动的优点就在于它可以减轻膜表面的浓差极化和胶凝(即表面污染)。当溶质在膜面的流速达到2m／s时，就会产生湍流而起到清洗膜面的作用，使分离过程中水通量的衰减变得缓慢.膜过程的流动特征：切向流动。常规过滤切向过滤浓差极化定义：是一种边界层现象，它由被膜阻留的溶质积聚在膜表面而引起。在膜分离过程中，溶剂和溶质都向膜表面转移。当溶剂与可渗透的溶质透过膜时，膜表面被阻留的溶质浓度逐渐增大，至临界浓度时就在膜面周围建立了一种相对稳定的状态。在这种情况下，溶质对流转移至膜表面的速率等于溶质从边界层扩散返回溶液的速率。

如果膜完全阻留了溶质，则在水分不断透过膜的同时靠近膜表面的溶质浓度不断增大。这样在边界层附近形成一种浓度梯度，紧靠于膜表面的溶质浓度最大。这种浓度梯度就称为浓差极化，它在反渗透过程中经常出现。浓差极化边界层不利影响

降低了透水速率和膜系统的分离能力。边界层阻力要比膜阻力大得多，而且还会逐渐成为阻止渗透的主要阻力，因此会严重影响流体的透过速率。随着膜表面被阻留溶质浓度的不断增大，所需的渗透推动力也要不断增大;同时由于边界层的存在也增加了对溶剂及小分子溶质渗透的阻力，因此整个膜系统的分离能力受到很大的影响。常用于食品工业中的膜分离技术主要是微滤、超滤和反渗透3种。它们都是以静压差作推动力进行溶质分离的。在实际应用中可根据食品成分的相对分子质量的大小来选择适宜方式的膜分离。材料:纤维素类聚合物、芳香聚酰胺、聚砜。二、超滤与反渗透膜组件

微滤、超滤、纳滤和反渗透分离类似于过滤，用以分离含溶解的溶质或悬浮微粒的液体。

1)

微滤

2)超滤

3)纳滤

4）反渗透

微孔过滤膜（MF)微滤使用的滤膜孔径最大，适用于分离直径为2×105—500×105nm的大分子物质。一般微滤的操作压力为0.15-0.2MPa,反渗透分离的溶质一般是一些小分子和离子，溶液的渗透压较大，而且随着浓度的增加，渗透压会逐渐加大，它的实际操作压力需克服溶液的渗透压

超滤膜超滤使用的滤膜孔径较小，适用于分离直径为2×102一15×102nm的大分子和胶体超滤需0.1—1.0MPa的压力,但超滤有时会用于分离和浓缩一些高粘度的物质(粘度可高达18000MPa·s)，此时的操作压力可相应增大些。反渗透膜反渗透使用的滤膜孔径最小，适用于分离直径为2nm以下的低分子和离子。反渗透需2—10MPa的压力,较微滤或超滤大得多。这是因为微滤和超滤所分离的大分子物质的浓度(物质的量浓度)小，溶液的渗透压可以忽略不计，实际操作压力只需克服膜表面对溶质的阻力和系统内的阻力。海水产品水支撑层聚砜45umBaseFabricNon-100umRO膜截面图(UHR-FESEM)超薄脱盐层交联芳香族聚酰胺0.3umBaseFabricNon-100um基层无纺布聚酯层100um0.5um

高压海水淡化反渗透RO膜的结构反渗透法淡化所用的膜对膜组件的要求：装填密度高；膜表面的溶液分布均匀，流速快；膜的清洗，更换方便；造价低；截留率高；渗透速率大；板式膜组件平板式膜分离设备板式膜原理板式膜组件主要是由膜、原液流道和透过液流道相互交替重叠压紧而成的，体积比较紧凑。当处理量增大时，可以只简单地增加膜的层数。另外在同一设备里可视装不同数量的膜，即可作为生产的装置，也可在同一设备上进行实验。

原液流道截面积较大，原液中即使含有一些杂质和异物也不易堵塞流道，所以适用广，对预处理的要求较低。也可将原液流道隔板设计成各种凹凸波纹的形状以利于液体湍流，这对于超滤组件是极为重要的。同时，板式组件的压力损失小，原液的流速也可达1—5m／s。

板式膜组件对膜的机械强度要求比较高。因为膜的面积比较大(可大到0.4m2)．以没有足够的机械强度就很难安装和更换。装置越大，对零部件的加工精度要求越高，成本也越大。平板式膜组件特点：（1）可以分别观察各板上渗透物的流动情况；（2）剪切速率高，流动边界层薄，一般为层流；（3）膜的更换和清洗均较容易，对堵塞不很敏感；（4）装填密度高于管式膜组件，但不很高；（5）流体流动的转折较多，压力损失较大。制造、组装简单；膜的更换，清洗，维护容易；在同一设备中可按要求改变膜面积；适应性强，预处理要求较低；装置大，加工精度要求高；液流流程较短，截面积较大；单程回收率较低，因此循环次数较多，泵容量大。间歇操作时容易造成温度上升。可通过多段操作以增大回收率。螺旋卷式膜组件螺旋式膜分离设备螺旋式膜组件的特点：（1）由于离心力的作用，Re数不太大（约100）时已呈湍流；（2）装填密度高；（3）能耗较低；（4）结构简单，造价低廉；（5）清洗较难，也不能部分更换膜；（6）膜制造的要求较高，必须是可焊接或可粘合的。

螺旋卷式装置的膜组件是在两层膜中间夹一层多孔的柔性格网，并将它们的三边粘合密封起来、再在下面铺一层供废水通过的多孔透水格网，然后将另一开放边与一根多孔集水管密封联接，使进水与净化水完全隔开，最后以集水管为轴，将膜叶螺旋卷紧而成。把几个膜组件串联起来，装入圆筒形耐压容器中，便组成螺旋卷式反渗透装置。如图9-11所示。这种装置的膜堆密度大，结构紧凑，但密封较困难，易堵塞，清洗不使。BrineSealFeedWaterFeedWaterPermeate

卷式RO膜元件的结构图中心管盐水密封进水进水产品水透过层反渗透膜进水隔网浓水产品水卷式膜组件的特点1)单位体积中膜的表面积比率大。2)压力导管的设计简单，安装和更换容易，结构紧密，投资和运行费用较低。3)料液的流动线路短，不适宜用以处理含悬浮颗粒的料液，对料液的前处理要求高，再循环较困难。毛细管式膜组件：

高填充密度，但物质交换性能差；中空纤维膜组件分类（按进料液流动方式）：轴流式；放射流式；纤维卷筒式。放射流式中空纤维膜中空纤维式膜分离设备中空纤维式装置

中空纤维膜是一种细如头发的空心管，由制膜液空心纺丝而成。纤维外经为50～100μm，内径为25～42μm。将数十万根中空纤维膜捆成膜束，弯成U字形装入耐压圆筒容器中，并将纤维膜开口端固定在环氧树脂管板上，即可组成反渗透器。中空纤维膜组件组成部分：壳体；高压室；渗透室；环氧树脂管板；中空纤维膜。Romicon公司的中空纤维膜中空纤维膜组件组装关键：设备组装的关键是中空纤维的装填方式及其开口端的粘接方法；装填方式决定膜面积的装填密度；而粘接方法则保证高压室与渗透室之间的耐高压密封。中空纤维膜组件特点：小型化；透过水侧的压强损失大；膜面污染去除困难，要求进料液经过严格预处理；一旦损坏便无法修复；结构紧凑，死体积小，装填密度高；单位膜面积的制造费用低；剪切速率高，边界层薄；料液的流动一般为层流；料液一般要先经预处理；对堵塞较敏感；不能单独更换单根管子，只能更换整个膜组件。管式膜组件：基本特征是管子较粗、进料液的流道较大，即使不进行十分严格的预处理也不易造成堵塞。膜面的清洗可用化学方法，也可用泡沫海绵球之类的机械清洗。如果某一根管子坏了，可将其抽掉而不影响整个系统的其他部位，直至生产能力下降很大时再给予更换。与螺旋卷式及中空纤维式相比管式膜组件的缺点是膜的装填密度较低。管式膜组件原液流道大，可处理悬浮颗粒和溶解性的物料。易清洗------化学机械装填密度低--33-330m2/m3防渗漏管外有覆盖与支撑，增加费用管式膜反渗透装置LeCarbonneLorraine公司管式膜HTS管式膜Romicon内压管式膜管式膜组件的特点：（1）管内流动为湍流；（2）管直径较粗，料液一般不需预处理；（3）对堵塞不敏感，拆卸和清洗也容易；（4）如果某一根管子损坏，可以方便地更换之；（5）装填密度不高，流速高，能耗较高；（6）设备的死体积较大，不利于提高浓缩比；（7）制造成本较高。槽条式膜组件：由聚丙烯或其他塑料挤压而成的槽条直径为3mm左右，上有3-4条槽沟，槽条表面编织有涤纶长丝或其他材料，涂刮浇铸液形成膜层。将槽条的一端密封后，再把几十至几百根槽条组装成束装入耐压管中，形成一个槽条式膜组件。

类型优点缺点平板式结构紧凑牢固，能承受高压，性能稳定，工艺成熟，换膜方便液流状态较差，容易造成浓差极化，设备费用较大管式料液流速可调范围大，浓差计划较易控制，流道畅通，压力损失小，易安装，易清洗，易拆换，工艺成熟，可适用于处理含悬浮固体、高粘度的体系单位体积膜面积小，设备体积大，装置成本高螺旋卷式结构紧凑，单位体积膜面积很大，组件产水量大，工艺较成熟，设备费用低浓差极化不易控制，易堵塞，不易清洗，换膜困难中空纤维式单位体积膜面积最大，不需外加支撑材料，设备结构紧凑，设备费用低膜容易堵塞，不易清洗，原料液预处理要求高，换膜费用高毛细管式毛细管一般可由纺丝法制得，无支撑，价格低廉，组装方便，料液流动状态易控制，单位体积膜面积较大操作压力受到一定限制，系统对操作条件的变化比较敏感，毛细管内径太小时易堵塞，料液必须经适当预处理槽条式单位体积膜面积较大，设备费用低，易装配，易换膜，放大容易运行经验较少三、电渗析器设备电渗析

电渗析是利用离子交换膜和直流电场的作用，从水溶液和其他不带电组分中分离带电离子组分的一种电化学分离过程。用于海水淡化、纯水制备和废水处理。在分析上可用于无机盐溶液的浓缩或脱盐；溶解的电离物质和中性物质的分离。

在直流电场的作用下,溶液中的离子透过膜的迁移称为电渗析。电渗析使用的膜通常是具有选择透过性能的离子交换膜。用电渗析可使溶液中的离子有选择地分离或富集。

为什么离子交换膜具有选择性呢？离子交换膜是一种由功能高分子物质构成的薄膜状的离子交换树脂。它分为阳离子交换膜和阴离子交换膜两种。离子交换膜之所以具有选择透过性，主要是由于膜上孔隙和离子基团的作用。正极阴离子交换膜负极+固定离子Cl-Na+-海水淡化----电渗析原理1离子在电场下的定向迁移2膜的选择性透过3分离对象/产品的去向关注+-极水

盐水

淡水电渗析器设备组成：

电渗析器本体：板框式、螺旋卷式；辅助设备。教材178页图5-59板框型渗析器结构：离子交换膜、隔板、电极和夹紧装置组成。使一列阳、阴离子交换膜固定于电极之间，保证被处理的液流能绝对隔开。

离子交换膜：电渗析器的心脏部件；是一种具有离子交换性能的高分子材料制成的薄膜；对阳、阴离子具有选择透过性。使用注意：使用前需经充分浸泡后剪裁并打孔；电渗析停止运行时，必须充满溶液以防其变质变形。

隔板：为电渗析器的支撑骨架与水流通道形成的构件；其材料应具有化学稳定性，价格便宜的特点；目前一般采用硬聚氯乙烯或聚丙烯塑料板；隔板设计要求：水在隔板中间流槽内流动时要形成良好的湍流，即有较大的雷诺数，以提高电渗析效率；隔板设计应有利于提高与溶液直接接触的膜面积，以增加每板单位时间的处理量。隔板设计要求：隔板的排列总块数根据设计液量决定，设计液量越大排列总块数越多（但是因两极间的电压降与隔板总数成正比，所以在输出电压一定的情况下，排列的隔板总数不能无限地增多；隔板内流槽的流程总长度对电渗析的产品质量影响极大，一般来说，流程长度越长，产品质量越好。隔板分类：按水流形式可分为回流式隔板（又称为长流程隔板，液体流速大、湍流程度好、脱盐效率高，但流体阻力大）；直流式隔板（又称短流程隔板，特点是液体流速小，阻力也小）。隔板分类：根据隔板在膜堆中的使用部位可分为浓室隔板（只与浓水管相通）；淡室隔板（只与淡水管相通）。并控制浓淡水流的流向（并流、逆流或错流）。不同水流流向的特点：并流：膜两侧压强较平衡，膜不易变形，但随着脱盐过程的进行，浓淡两室的浓度差增大，对防止浓差极化不利；逆流：膜两侧压力不平衡，易产生膜变形，不利于水流的均匀分布，但有利于防止浓差极化；错流：在避免浓淡水内部渗漏方面较前两者有利。电极：是电渗析的重要组成部分，影响电渗析效果。选用原则：导电性能好；机械强度高；不易破裂；对所处理的溶液具有化学稳定性；特别要防止电极反应产物对电极的腐蚀。电极常用材料：经石蜡浸渍或在糠醛树脂中浸泡过的石磨、铅和铅银合金，可作阴极或阳极；不锈钢，只能作阴极；钛、钽、铌、铂、氯化银等。电极极框：使极水单独成为一个系统，不断将室内生成的电极反应产物与沉淀物冲出；对极框的要求是水流通畅，支撑性好。夹紧装置：型钢、铁夹板、螺杆和螺母，使电渗析器组装后密封不漏水。辅助设备：直流电源、水泵、流量计、压力表、电流表、电压表、电导仪、pH计及其他分析仪器。电渗析淡化装置

四、膜技术设备的系统配置膜分离过程：前处理工艺；分离工艺；后处理工艺。前处理工艺目的：防止进料液中的悬浮物、胶体和可溶性的高分子物质聚集在膜表面造成污染；防止分离过程中的浓差极化现象；防止微生物在膜面产生粘液，造成膜侵蚀；防止温度、pH、进料液最大允许浓度等影响膜的性能。预处理方法：调整温度；调整pH值；去除微生物；去除悬浮固体和胶体；去除可溶性有机物、无机物。膜分离装置的工艺流程：超滤和反渗透的基本工艺流程：一级流程（一级一段连续式、一级一段循环式、一级多段连续式）；多级流程（多级连续式、多级多段循环式）。电渗析的基本工艺流程：并联组装（一级一段并联、二级一段并联）；串联组装（一级二段串联、二级二段串联）；并联/串联混合组装。一级一段连续式（直流式）料液一次经过膜组件，透过液和浓缩液分别被连续引出系统。此流程操作最为简单，能耗最少，但这种方式水的回收率不高或浓缩液的溶质浓度不高。一级一段循环式部分浓缩液返回进料液贮槽与原有的进料液混合后，再次通过组件分离。因浓缩液中溶质含量较原料液高，所以透过液的质量有所下降。一级多段连续式水的回收率提高，浓缩液的量减少，但浓缩液中溶质的含量增大。

这种方式得到的浓缩液由于经过多段流动，压力损失较大，生产率下降，为此需增设高压泵。一级多段循环式第二段的透过水质较第一段差，这种方法可得到较高浓度的浓缩液。

电渗析器主要由离子交换膜、隔板、电极和夹紧装置等组成。膜堆：在电渗析的组装中，膜堆就是指若干膜对（由一对阴阳离子交换膜及隔板构成）的叠加。极:一对电极间的膜堆部分；段：水流方向一致的膜堆部分。电渗析器的组装方式并联组装串联组装并联、串联综合组装一级一段并联如图所示，这种组装方式，在一台电渗析器浓、淡室的水流方向不变。特点是产水量较大，但水质不变。二级一段并联如图所示，与一级一段不同的加了一个共电极。特点是电渗析器运行的总电压可降低，且可提高一台电渗析器的装膜对数。一级二段串联它是一台电渗析器里使用一对电极，但浓淡室的水流方向改变了一次。特点是脱盐率较高，但处理水量较小。二级二段串联如图所示，与一级二段相比，多了一个共电极。特点是，由于电渗析器的运行电压为单段的膜堆电压，所以可在较低的电压下操作，适当提高每极的极限电流。并联、串联综合组装如图为四极二段串联综合组装。第一级与第二级并联，第三级与第四级并联，并联后两大膜堆再进行串联。其特点：运行电压较低，仅为单级膜堆电压，产水量为两段膜堆的产水量之和。后处理工艺：透过水与浓缩液的后处理：对浓缩液中剩余离子的去除；透过水的脱气处理，或加碱调节pH。膜污染的后处理：物理清洗；化学清洗。电渗析设备五、膜分离技术在食品工业中的应用膜的应用膜海水淡化工业废水处理城市废水资源化天然气生物质利用能源水资源传统工业生态环境除尘CO2

控制制药食品化工与石化电子冶金燃料电池洁净燃烧膜分离技术在食品工业中的应用苦咸水淡化；淀粉加工；纯水制造；制糖工业废水处理；医疗用水制备；动物血液处理；乳品工业；蛋清的浓缩；饮料加工；酒和含酒精饮料的精制；豆制品加工；

使用海水淡化膜元件的大型海水淡化厂冲绳

(日本)40,000m3/d1996年

使用海水淡化膜元件的大型海水淡化厂AlJubail(SaudiArabia)91,000m3/d2000年特立尼达&多巴哥136,000m3/d2002年

使用海水淡化膜元件的大型海水淡化厂KAECuracao(Netherlands

Antilles)11,400m3/d1999年海水淡化厂Tortola(BritishVirginIslands)690m3/d1999年海水淡化厂在食品工业中的应用在牛奶工业中的应用牛奶的微滤除菌、乳清浓缩、酸奶处理等果汁生产中的应用

主要在苹果汁、猕猴桃汁等生产中已实现工业应用。酿酒工业中的应用

无菌低温啤酒生产、啤酒罐底液处理等工业已规模应用以及在葡萄酒生产中的应用。在牛奶工业中的应用牛奶MFUFRO脂肪和细菌脱脂牛奶UF截留物UF渗透物RO浓縮物水高脂奶油饮料生产奶酪特殊奶制品全蛋白乳糖生产发酵食品和非食品生产蒸发干燥全奶粉奶罐运输特殊奶品脱脂奶200m3/d固含量9.2％蛋白质3.6％乳糖4.7%灰份0.7％预处理UF渗透液167m3/d乳糖4.7％灰份0.7％RO渗透液122m3/dBOD<500g/m3排放阴沟浓缩液45m3/d乳糖17.4%灰份2.6%动物饲料浓缩液33m3/d固含量28.7％蛋白质21.2%乳糖4.7%灰份0.7％奶酪前体46T/d固含量42%添加剂奶油酵母凝乳素青霉素奶酪生产奶酪40T/d固含量47.5%蛋白质16.9%UF巴氏杀菌脱脂乳生产奶酪在牛奶工业中的应用原奶MF脱脂奶UF混合巴氏杀菌均相化PROCAL奶饮料奶油渗透液超滤法生产饮料奶在牛奶工业中的应用乳清MF澄清乳清UFUF渗透物RONFEDEDNFRO乳清蛋白浓縮物蛋白质分级膜生物反应器肽浓縮乳糖膜生物反应器燃料化学物质脂肪、酪蛋白脱盐乳清浓縮乳清各种乳清蛋白乳清处理水在牛奶工业中的应用果汁生产中的应用果汁生产中的应用苹果汁生产

装置膜面积：220m2处理量：17m3/h全自动控制运行通量优于国外装置产品质量优于国外装置

果汁厂陶瓷膜工程果汁澄清旧工艺苹果汁100m3/d添加剂明胶皂土酶果胶酶淀粉酶巴氏灭菌55oC沉积酶处理55oC硅藻土过滤板框压滤添加剂硅藻土添加剂皂土巴氏灭菌55oC澄清果汁92~95m3/d滤渣超滤苹果汁100m3/d酶果胶酶淀粉酶巴氏灭菌55oC酶处理55oC重过滤水澄清果汁99~99.5m3/d滤渣果汁澄清新工艺在酿酒工业中的应用葡萄果浆榨汁未发酵葡萄汁微滤－1挤压葡萄汁发酵生酒微滤－2准备上市的酒葡萄果浆榨汁未发酵葡萄汁挤压作用（亚硫酸盐处理，冷冻，离心）挤压葡萄汁发酵生酒澄清（整理，过滤）化学稳定作用：冷冻生物稳定作用：巴氏杀菌装瓶准备上市的酒A：传统工艺

B：膜工艺传统葡萄酒工艺与膜技术过滤工艺比较在酿酒工业中的应用未滤啤酒离心沉降预澄清发酵硅藻土过滤板框过滤终端过滤器灭菌过滤器发酵未滤啤酒离心沉降预澄清错流微滤制成无菌滤液啤酒过滤第七节蒸馏设备一、蒸馏原理二、板式塔三、填料塔四、酒精蒸馏设备一、蒸馏原理原理：根据液体成分的挥发度的不同，将混合液加热至沸腾，使液体不断汽化，产生的蒸汽经冷凝后作为顶部产物的一种分离，提纯操作；分类：简单蒸馏；平衡蒸馏；精馏；蒸馏及精馏的分离依据

液体均具有挥发成蒸汽的能力，但各种液体的挥发性个不相同。习惯上，将液体混合物中的易挥发组分A称为轻组分，难挥发组分B则称为重组分。将液体混合物加热至泡点以上沸腾使之部分汽化；反之将混合蒸汽冷却到露点以下使之部分冷凝。

部分汽化及部分冷凝均可使混合物得到一定程度的分离，它们均是籍混合物中各组分挥发性的差异而达到分离的目的，这是蒸馏及精馏分离依据。简单蒸馏简单蒸馏为间歇操作过程，其流程如下图。

平衡蒸馏（闪蒸）平衡蒸馏又称闪蒸，系连续定态过程，其流程如下图。精馏在精馏塔内同时多次地进行部分汽化和部分冷凝，将料液分离成所需高纯度组分。塔顶可得到近于纯的易挥发组分的产品。塔中各级的易挥发组分浓度由上至下逐级降低，当某级的浓度与原料液的浓度相同或相近时，原料液就由此引入。

精馏之所以区别于蒸馏就在于精馏有“回流”，而蒸馏没有“回流”。回流包括塔顶的液相回流与塔釜部分汽化造成的气相回流。回流是构成汽、液两相接触传质使精馏过程得以连续进行的必要条件。若塔顶没有液相回流，或是塔底没有再沸器产生蒸汽回流，则塔板上的气液传质就缺少了相互作用的一方，也就失去了塔板的分离作用。因此，回流液的逐板下降和蒸汽的逐板上升是实现精馏的必要条件。精馏原理二、板式塔塔设备塔板的作用塔板提供了汽液分离的场所；每一块塔板是一个混合分离器；足够多的板数可使各组分较完全分离。塔盘主要结构塔板流动状态液体在重力作用下自上而下最后由塔底排出，气体在压差推动下经塔板上的开孔由下而上穿过塔板上液层最后由塔顶排出。汽液逆向流动进行传质传热。塔板功能：使汽液两相保持密切而又充分的接触，为传质传热过程提供足够大且不断更新的相际接触表面，减少传质传热阻力。板式塔的塔型简介右图中：（a）为泡罩塔；（b）为筛板塔；（c）为浮阀塔；（d）为固定舌型塔；（e）为浮动喷射塔。板式塔基本结构气体通道溢流堰降液管板式塔基本结构最高一层塔盘和塔顶距离常高于塔盘间距，有时甚至高过1倍，以便能良好地除沫；最低一层塔盘到塔底的距离也比塔盘间距高，因为塔底空间起着贮槽的作用，保证液体能足够储存，使塔底液体不致流空。进料塔盘与上一层塔盘的间距也比一般高。塔板上流体的流体力学状况气液接触状态：鼓泡接触状态；泡沫接触状态；喷射接触状态。1.鼓泡接触状态

液体——连续相气体——分散相两相接触面积：气泡表面泡沫接触状态液体——

连续相气体——

分散相两相接触面积：不断更新的液膜表面气体——

连续相液体——

分散相两相接触面积：不断更新的液滴表面3.喷射接触状态塔板上流体的流体力学状况漏液：

气体通过筛孔的速度较小时，板上部分液体就会从孔口直接漏下，这种现象称为漏液。此时，上层板的液体未与气体进行传质就落到浓度较低的下层板上，降低了传质效果。严重的漏液将使塔板上不能积液而无法操作。正常操作时漏液量一般不允许超过某一规定值。塔板上流体的流体力学状况液沫夹带：

气体穿过板上液层时，无论是喷射型还是泡沫型操作，都会产生数量甚多、大小不一的液滴，这些液滴中的一部分被上升气流挟带至上层塔板，这种现象称为液沫夹带。浓度较低的下层板上的液体被气流带到上层塔板，使塔板的提浓作用变差，不利于传质。液沫夹带量与气速和板间距有关，板间距越小，夹带量就越大；气速过大，夹带量也会增加。塔板上流体的流体力学状况液泛：

气体通过塔板的压降一方面随气速的增加而增大，因而降液管内的液面亦随气速的增加而升高；另一方面，当液体流经降液管时，降液管对液流有各种局部阻力，流量大，阻力增大，降液管内液面随之升高。故气液流量增加都会使降液管内液面升高，严重时可将泡沫层升举到降液管的顶部，使板上液体无法顺利流下，导致液流阻塞，造成液泛。液泛是不允许发生的。塔板上流体的流体力学状况塔板上液体的返混：

液体在塔板上的主流方向是液体自入口端横向流至出口端，但因气体搅动，液体在塔板上会发生反向流动，这种与主流方向相反的流动称为返混。塔板上流体的流体力学状况塔板上的液面落差：

液体在板上从入口端流向出口端时必须克服阻力，故板上液面将出现坡度，塔板进、出口侧的液面高度差成为液面落差或水力梯度。典型板式塔：按气液在塔板上的流向分为：气-液呈错流的塔板；气-液呈逆流的塔板；气-液呈并流的塔板。按有无溢流装置分为：有溢流装置板式塔；无溢流装置板式塔。典型板式塔：按塔盘结构分为：泡罩塔浮阀塔筛板塔泡罩塔泡罩：圆形或条形；鼓泡元件配有升气管，上升气体经升气管由泡罩齿缝吹入液层，两相接触密切，加之板上液层较高，两相接触时间较长，奋力效果较好。但由于气体通过泡罩的路线曲折及液层较高，导致压降及雾沫夹带增高等缺点；且由于泡罩结构中，塔板上液面梯度较大，气相分布不均，影响传质效率。泡罩塔泡罩直径：Φ80Φ100Φ150漏液少，弹性大，不易堵塞，造价高，压降大，雾沫夹带严重，板效率低。泡罩塔板操作状态泡罩塔泡罩塔操作液量过小气体直接排开液体上升液量过大液体从泡罩升气管流下（倾流）气量过小脉冲鼓泡气量过大雾沫夹带气、液量均很大液泛1、操作弹性大，在气、液负荷波动较大时仍能保持较恒定的塔板效率。2、对物料适应性强，塔板不易堵塞。泡罩塔优点1、结构复杂，金属耗量大，造价高，安装和维修不方便。2、气体压力降大，雾沫夹带较严重，因此限制了气速的提高，生产能力不大。3、不好操作，液体或蒸汽流量很小时，会形成气液接触不良或蒸汽流动的脉动；反之会形成雾沫夹带、液泛等。泡罩塔缺点浮阀塔盘形浮阀条形浮阀浮阀的开度随塔内气相负荷大小自动调节，可以增大传质传热效果，减小雾沫夹带。叉排阀孔气流鼓泡与液层接触均匀，液面梯度较小。浮阀塔V-4型浮阀T型浮阀图10－26F－1型浮阀阀的排列浮阀一般按正三角形排列，也有采用等腰三角形排列的。浮阀中心距可取75、100、125、150mm等几种。1、结构紧凑，生产能力大，比泡罩塔提高20-40%。2、蒸汽以水平方向吹入液层，阻力小，气液接触时间长且接触状况良好，故雾沫夹带少，塔板效率高。3、浮阀可根据气量大小上下浮动，操作弹性大。4、浮阀结构简单，安装容易，造价较低。1、气速较低时，塔板会出现漏液现象。2、阀片有卡死或吹落的可能。3、塔板压力降较大。浮阀塔的优点浮阀塔的缺点轻阀—δ=1.5mm，重约25g。重阀—δ=2.0mm，重约33g。浮阀塔筛板塔塔板上不开设装置浮阀的阀孔，而是在塔板上开有许多直径3-5mm的筛孔，结构非常简单。筛板塔1、结构简单，制造容易，造价低。2、塔板效率较高，生产能力大。3、大孔径筛板对物料的适应性强，不易堵塞。1、操作弹性小，需保持较稳定的气、液流速，否则会造成漏液或气液接触不良。2、小孔径筛板易堵塞，不适宜处理脏的、粘性大的和带固体颗粒的料液。筛板塔的优点筛板塔的缺点♂直孔筛板♂凹形筛板筛孔的数目与排列

筛孔在塔板上常按三角形排列，可顺排或叉排。液流方向顺排t叉排t’三种塔板的比较:1.生产能力：筛板>浮阀>泡罩；2.压降：泡罩>浮阀>筛板；3.操作弹性：浮阀>泡罩>筛板；4.造价：泡罩>浮阀>筛板；5.板效率：浮阀、筛板相当>泡罩。三、填料塔填料塔的结构请看演示

填料塔为连续接触式的气液传质设备。如图所示，在圆筒形塔体内部，分段装有若干段填料。填料堆积于支撑装置上，液体由塔顶入口管进入分布器，均匀喷淋在填料表面上并在重力作用下向下流动，气体在压强差的推动下，由支承板下方气体入口管进入塔内，通过填料间的空隙由塔的顶部排出。填料塔内气液两相呈逆流流动，气体和液体在填料表面上进行传质和传热，两相的组成沿塔高连续变化。

填料塔是一种应用广泛的气液两相接触并进行传热、传质的塔设备，可用于吸收（解吸）、精馏和萃取等分离过程。填料塔不仅结构简单，而且具有阻力小和便于用耐腐蚀材料制造等优点，尤其适用于塔直径较小地情形及处理有腐蚀性的物料或要求压强较小的真空蒸馏系统，此外，对于某些液气比较大的蒸馏或吸收操作，也宜采用填料塔。填料的种类及特性填料的常用参数：填料的尺寸：填料的外径×高度×厚度；单位体积中填料的数目：即每立方米体积内装多少填料，一般用n（个/m3）表示；比表面积：单位体积填料所具有的填料表面积，一般用a（m2/m3）表示；空隙率（自由体积）：为塔内空隙容积占干填料总体积的百分数，一般以ε表示；堆积密度：即单位体积内填料的质量，以ρ（kg/m3）表示。填料的种类：实体填料：拉西环及其衍生型鲍尔环鞍形填料波纹填料网体填料：鞍形网

Q网环填料填料分类乱堆填料规整填料拉西环鲍尔环阶梯环波纹整砌填料金属丝网填料的选择填料用材的选择塑料陶瓷金属设备操作温度较低，体系对塑料无溶胀除浓硫酸、浓硝酸等强酸外但塑料表面对水溶液的润湿性差。一般用于腐蚀性介质，尤其是高温时，但对HF和高温下的H3PO4与碱不能使用耐高温，但不耐腐蚀。不锈钢可耐一般的酸碱腐蚀（含C1－的酸除外），但价格较昂贵规整填料填料类型的选择取决于工艺要求，生产能力（气量），容许压降，物料特性乱堆填料规整填料气、液分布较均匀大型塔和要求压降低的塔装卸清洗较为困难要求持液量较高的吸收体系金属鞍环阶梯环鲍尔环矩鞍填料性能好性能差混堆填料层示意图

规整填料混堆填料

勒辛环鲍尔环拉西环阶梯环金属环矩鞍

弧鞍环拉西环为高与直径相等的圆环，常用直径为25~75mm的陶瓷环。构造简单，气体通过能力低，阻力也大，润湿不充分，传质效果差，使用渐少。

鲍尔环在拉西环的壁面上开二排孔，断开三条边，另一边弯入环内，在环中心对接。气、液流通舒畅，有利于气、液进入环内。气体通过能力与体积传质系数都显著提高，阻力也减少。阶梯环一端为圆筒形鲍尔环，另一端为喇叭筒形；环内有筋，起加固与增大接触面的作用。喇叭口能防止填料并列靠紧，使空隙率提高，并使表面更易暴露。由于两端形状不对称，装入塔内可减少填料环的相互重叠，使填料表面得以充分利用，同时增大了空隙率，减少了压力降，提高了传质效率。矩鞍两侧表面不能叠合，较耐压力，构形简单，加工比弧鞍方便，多用陶瓷制造。它的水力学性能和传质性能都较优越。弧鞍形如马鞍，表面不分内外，全部敞开，液体在两侧表面分布同样均匀。堆放在塔内时，对塔壁侧压力比环形填料小。但由于两侧表面构形相同，堆放时填料容易叠合。多用陶瓷制造。

于鞍的背部冲出两条狭带，弯成环形筋，筋上又冲出四个小爪弯入环内。兼有鞍形填料液体分布均匀与开孔填料通量大，阻力小的优点。金属环矩鞍波纹网填料

与波纹板相比空隙率增大，表面积也增大，因此气体通量大，压力降低，传质效率增高，操作弹性大，故适用于精密精馏及高真空精馏装置。为难分离物系、热敏性物系及高纯度产品的精馏提供了有效手段。波纹填料q网环

波纹填料由许多片波纹薄板叠成，相邻两板反向靠叠，