蒸馏

1975年保罗·罗弗斯蒂(1902-1983)，化学家和药剂师''植物化妆品之父''在巴基斯坦西部的印度河流域发现了一个可以追溯到公元前3000年的terracota蒸馏装置。^[5]蒸馏的早期证据是在阿卡德语日期为大约公元前1200年描述香料经营。这些药片提供了文字证据，证明古代美索不达米亚的巴比伦人知道蒸馏的早期原始形式。^[6]蒸馏的早期证据也发现与1世纪在罗马埃及 亚历山大工作的炼金术士有关。^[7] 蒸馏水至少从公元200年开始使用，当时阿芙罗狄西亚的亚历山大描述了这一过程。^[8][9]公元3世纪，在帕诺波利斯佐西姆斯统治下的早期拜占庭埃及，蒸馏其他液体的工作继续进行。蒸馏在古代印度次大陆进行，这从烘烤粘土蒸馏罐和现代巴基斯坦 塔克西拉和查尔萨达发现的接收器中可以明显看出，这些接收器可以追溯到公元的早期世纪。这些“健驮逻国蒸馏器”只能生产非常稀的白酒，因为没有有效的方法在低热下收集蒸汽。^[10]根据考古证据，中国的蒸馏可能始于东汉(1-2世纪)，但饮料的蒸馏始于金朝(12-13世纪)和南宋(10-13世纪)。^[11]

酒精蒸馏的明确证据来自阿拉伯化学家 9世纪的肯迪·伊拉克。^[12][13][14],^[12][10]12世纪萨莱诺学派描述了它。^[7][15] 分馏是由塔迪欧·奥尔德洛蒂在13世纪发展起来的。^[16]在中国河北青龙的考古遗址中发现了一具可以追溯到12世纪的蒸馏器。蒸馏饮料在元朝(13-14世纪)很常见。^[11]

1500年，德国炼金术士圣哲罗姆·不伦瑞克出版了自由之路（蒸馏艺术之书)，^[17]第一本专门讨论蒸馏主题的书，随后在1512年有了一个更大的版本。1651年，《约翰·弗伦奇》出版蒸馏的艺术,^[18]第一部关于这种做法的主要英文概要，但有人声称^[19]其中大部分来自不伦瑞克的作品。这包括图表，图表中的人显示的是工业规模，而不是工作台规模的操作。

如同魔力演变成科学化学，船只叫做反驳s被用于蒸馏。两者蒸馏器s和曲颈瓶是玻璃器具类长脖子以向下的角度指向侧面，起到空气冷却的作用冷凝器到凝结馏出物并让它向下滴落以便收集。后来，铜蒸馏罐被发明了。铆接处通常通过使用各种混合物来保持紧密，例如黑麦面粉制成的面团。^[20]这些蒸馏罐通常在喙周围有冷却系统，例如使用冷水，这使得酒精的冷凝更有效。这些叫做罐式蒸馏器s.今天，在大多数工业过程中，曲颈瓶和罐式蒸馏器已经在很大程度上被更有效的蒸馏方法所取代。然而，这种罐仍然广泛用于精制一些高级醇，例如白兰地酒,苏格兰威士忌，爱尔兰威士忌，龙舌兰酒，还有一些伏特加酒s.由各种材料(木材、粘土、不锈钢)制成的罐式蒸馏器也用于盗版者在不同的国家。小型罐式蒸馏器也被出售用于国内生产^[21]指花水或精油。

早期的蒸馏包括使用一次蒸发和一次冷凝的间歇过程。冷凝物的进一步蒸馏提高了纯度。通过简单地重复蒸馏来处理更大的体积。据报道，化学家们进行了多达500至600次蒸馏以获得纯化合物。^[22]

19世纪初，包括预热和回流在内的现代技术基础得到发展。^[22]1822年，安东尼·巴黎水开发了第一批连续蒸馏器之一，然后在1826年，罗伯特·斯坦改进了该设计，使他的专利仍然。1830年，埃涅阿斯·科菲获得了进一步改进设计的专利。^[23]科菲的连续蒸馏器可视为现代石化装置的原型。法国工程师阿曼德·萨瓦尔大约在1846年开发了他的蒸汽调节器。^[24]1877年，欧内斯特·索尔维获得了用于氨蒸馏的塔盘塔的美国专利，^[25]同年和随后的几年里，油和烈酒在这个主题上有所发展。

随着化学工程作为一门学科在19世纪末的出现，科学方法而不是经验方法可以被应用。20世纪初不断发展的石油工业推动了精确设计方法的发展，如欧内斯特·泰尔的《麦凯布－蒂勒方法》和《芬斯克方程》。强大计算机的出现也允许对蒸馏塔进行直接的计算机模拟。

蒸馏的应用大致可分为四组:、、用于香料和药物的草药蒸馏(草药馏出物)和。后两种方法与前两种方法的显著区别在于蒸馏不是真正的纯化方法，而是在饮料和草药加工过程中将所有的挥发物从原料转移到馏出物中。

实验室规模蒸馏和工业蒸馏的主要区别在于，实验室规模蒸馏通常是间歇进行的，而工业蒸馏通常连续进行。在间歇蒸馏中，原料的组成、蒸馏化合物的蒸汽和馏出物在蒸馏过程中变化。在间歇蒸馏中，向蒸馏器中加入(供应)一批进料混合物，然后将其分离成组分馏分，这些组分馏分从最易挥发到不易挥发依次收集，底部(剩余的最不易挥发或不易挥发的馏分)在最后移除。然后蒸馏器可以重新充电，并重复该过程。

在连续蒸馏中，通过小心地补充原料并从系统中的蒸汽和液体中除去馏分，原料、蒸汽和馏出物保持恒定的组成。这导致分离过程的更详细控制。

液体的沸点是液体的蒸气压等于液体周围压力的温度，使得气泡能够形成而不被压碎。一个特殊的情况是标准沸点，其中液体的蒸汽压等于环境大气压。

一个常见的误解是，在给定压力的液体混合物中，每种组分在对应于给定压力的沸点沸腾，从而允许每种组分的蒸汽单独和纯地收集。然而，即使在理想系统中，这也不会发生。理想的蒸馏模型本质上受拉乌尔定律和理想气体分压定律控制，并假设获得了汽液平衡。

拉乌尔定律指出，溶液的蒸汽压取决于1)溶液中每种化学成分的蒸汽压和2)每种成分组成的溶液分数，也就是摩尔分数。该定律适用于理想溶液，或具有不同组分但分子相互作用与纯溶液相同或非常相似的溶液。

理想气体分压定律说，总压是混合物中每种组分的分压之和。当多组分液体被加热时，每个组分的蒸汽压将上升，从而导致总蒸汽压上升。当总蒸汽压达到液体周围的压力时，沸腾发生，液体在大部分液体中变成气体。请注意，当组分互溶时，具有给定组成的混合物在给定压力下具有一个沸点。恒定组成的混合物没有多个沸点。

一个沸点的含义是较轻的组分永远不会干净地“先沸腾”。在沸点，所有挥发性组分都会沸腾，但对于一种组分来说，它在蒸汽中的百分比与它在总蒸汽压中的百分比相同。较轻的组分具有较高的分压，因此集中在蒸汽中，但是较重的挥发性组分也具有(较小的)分压，并且必然蒸发，尽管在蒸汽中的浓度较低。事实上，间歇蒸馏和分馏通过改变混合物的组成而成功。在间歇蒸馏中，间歇蒸发，这改变了其组成；在分馏中，分馏塔较高处的液体含有更多的轻组分，并在较低温度下沸腾。因此，从给定的混合物开始，它似乎具有沸程而不是沸点，尽管这是因为它的组成发生了变化:每个中间混合物都有自己的单一沸点。

理想模型在化学性质相似的液体中是准确的，例如苯和甲苯。在其他情况下，观察到严重偏离拉乌尔定律和理想气体分压定律的现象，最著名的是乙醇和水的混合物。当这些化合物一起加热时，形成共沸混合物，即气相和液相包含相同的组成。虽然有计算方法可以用来估计任意组分混合物的行为，但获得准确的气液平衡数据的唯一方法是通过测量。

不可能通过蒸馏完全纯化组分混合物，因为这将要求混合物中的每种组分具有零分压。如果目标是超纯产品，则必须进行进一步的化学分离。当二元混合物蒸发而另一种组分，例如盐，实际上具有零分压时，该方法更简单。

3.1 间歇或差动蒸馏

在间歇蒸馏装置(例如在开图所示的设备中)中加热两种挥发性物质A和B的理想混合物，其中A具有较高的挥发性或较低的沸点，直到混合物沸腾，在液体上方产生包含A和B混合物的蒸汽。蒸汽中A和B的比例将不同于液体中的比例。液体中的比例将由原始混合物的制备方式决定，而蒸汽中的比例将富含挥发性更高的化合物A(根据拉乌尔定律，见上文)。蒸汽通过冷凝器并从系统中排出。这又意味着剩余液体中化合物的比例现在不同于初始比例(即比初始液体中更富含B)。

结果是液体混合物中的比例在变化，组分b变得更浓。这导致混合物的沸点升高，从而导致蒸汽中的温度升高，从而导致A的比例变化 :B在气相中(随着蒸馏的继续，B在气相中的比例越来越大)。这导致A的比率缓慢变化 :B在馏出物中。

如果组分A和组分B之间的蒸汽压差很大——通常表示为沸点差——蒸馏开始时混合物富含组分A，当组分A蒸馏掉时，沸腾液体富含组分B。

3.2 连续蒸馏

连续蒸馏是一种正在进行的蒸馏，其中液体混合物被连续(不间断)进料到工艺中，分离的馏分作为输出流在操作过程中随着时间的推移而连续移除。连续蒸馏至少产生两种输出馏分，包括至少一种不稳定的馏出物馏分，其已经沸腾并作为蒸汽被单独捕获，然后冷凝成液体。总有底部(或残余物)部分，这是挥发性最低的残余物，没有作为冷凝蒸汽单独捕获。

连续蒸馏与间歇蒸馏的不同之处在于浓度不应随时间变化。连续蒸馏可以在稳态下运行任意时间。对于任何特定组成的原料，影响连续蒸馏产品纯度的主体变量是回流比和理论平衡级数，实际上由塔板数或填料高度决定。回流是指从冷凝器流回塔中的流体，它产生一种循环，允许使用给定数量的塔板进行更好的分离。平衡阶段是理想的步骤，其中组合物实现气液平衡，重复分离过程，并在给定回流比的情况下允许更好的分离。具有高回流比的塔可以具有较少的级数，但是它回流大量的液体，得到具有大持液量的宽塔。相反，回流比低的塔必须具有大量的级数，因此需要更高的塔。

3.3 总体改进

间歇蒸馏和连续蒸馏都可以通过在蒸馏烧瓶顶部使用分馏柱来改进。该塔通过为蒸汽和冷凝物提供更大的接触表面积来改善分离。这有助于它尽可能长时间地保持平衡。该塔甚至可以由小的子系统(“塔板”或“塔板”)组成，这些子系统都包含富集的沸腾液体混合物，它们都有自己的气液平衡。

实验室规模和工业规模的分馏塔有所不同，但原理是相同的。实验室规模分馏塔(提高效率)的例子包括

• 空气冷凝管
• 维格勒柱(通常仅实验室规模)
• 填充柱(用玻璃珠、金属片或其他化学惰性材料填充)
• 旋转带蒸馏系统。

实验室规模的蒸馏几乎完全以间歇蒸馏的方式进行。蒸馏中使用的装置，有时也称为仍然，至少包含一个重沸器或者罐其中源材料被加热电容器其中加热的蒸汽被冷却回液态状态接收器其中浓缩或纯化的液体，称为馏分油，被收集。存在几种实验室规模的蒸馏技术(另见蒸馏类型)中。

4.1 简单蒸馏

在简单蒸馏蒸汽立即被导入冷凝器。因此，馏出物不纯，而是其组成与给定温度和压力下蒸汽的组成相同。这种浓度遵循拉乌尔定律。

因此，只有当液体沸点相差很大时，简单蒸馏才有效(经验法则是25 c)^[26]或者当从非挥发性固体或油中分离液体时。对于这些情况，组分的蒸汽压通常足够不同，使得馏出物对于其预期目的而言足够纯。

4.2 分馏

在许多情况下，混合物中各组分的沸点足够接近，因此必须考虑拉乌尔定律。因此，分馏必须使用，以便通过在包装好的分馏柱内重复蒸发-冷凝循环来分离组分。这种通过连续蒸馏进行的分离也称为矫正。^[27]

当待提纯的溶液被加热时，其蒸汽上升到分馏柱。当它上升时，它冷却，凝结在冷凝器壁和填料表面。在这里，冷凝物继续被上升的热蒸汽加热；它再次蒸发。然而，新蒸汽的成分再次由拉乌尔定律决定。每个蒸发-冷凝循环(称为理论板块)将产生更纯的挥发性组分溶液。^[28]实际上，给定温度下的每个循环不会在分馏柱完全相同的位置发生；理论塔板因此是一个概念，而不是准确的描述。

理论塔板越多，分离效果越好。旋转带蒸馏系统使用特氟隆或金属的旋转带迫使上升的蒸汽与下降的冷凝物紧密接触，增加了理论塔板数。^[29]

4.3 蒸汽蒸馏

像真空蒸馏，蒸汽蒸馏是一种蒸馏热敏化合物的方法。^[30]蒸汽的温度比加热元件的表面更容易控制，并且允许高速热传递，而不需要在非常高的温度下加热。这个过程包括将蒸汽鼓泡通过加热的原料混合物。通过拉乌尔定律，一些目标化合物将蒸发(根据其分压)。蒸汽混合物被冷却和冷凝，通常产生一层油和一层水。

各种芳香草本植物和花卉的水蒸气蒸馏可以产生两种产物；精油以及含水的草药馏出物。精油经常用于香水和芳香疗法，而含水馏分在芳香疗法、食品加工和护肤中有许多应用。

4.4 真空蒸馏

一些化合物具有非常高的沸点。要沸腾这些化合物，通常最好降低沸腾这些化合物的压力，而不是升高温度。一旦压力降低到化合物的蒸汽压(在给定温度下)，沸腾和蒸馏过程的其余部分就可以开始了。这种技术被称为真空蒸馏并且在实验室中通常以旋转式蒸发器的形式存在。

这种技术也非常适用于在大气压下沸点超过其分解温度的化合物，因此在大气压下沸腾时这些化合物会被分解。

分子蒸馏是压力低于0.01托托的真空蒸馏。0.01托比高真空高一个数量级，其中流体处于自由分子流状态，即分子的平均自由程与设备的尺寸相当。气相不再对要蒸发的物质施加显著的压力，因此蒸发速率不再取决于压力。也就是说，因为流体动力学的连续假设不再适用，质量传输由分子动力学而不是流体动力学控制。因此，热表面和冷表面之间的短路径是必要的，通常通过将覆盖有进料膜的热板悬挂在冷板旁边，视线在冷板之间。分子蒸馏在工业上用于油的纯化。

4.5 气敏真空蒸馏

一些化合物具有高沸点和气敏性。可以使用上面举例说明的简单真空蒸馏系统，由此在蒸馏完成后用惰性气体代替真空。然而，如果希望在减压下收集馏分，这是一个不太令人满意的系统。为此，可以在冷凝器的末端添加一个“牛”或“猪”适配器，或者为了获得更好的效果或对于非常空气敏感的化合物，可以使用一个 Perkin三角装置。

珀金三角形具有通过一系列玻璃或特氟隆旋塞的装置，以允许馏分与剩余的蒸馏器分离，而蒸馏主体不从真空或热源移除，因此可以保持在回流状态。为此，首先通过旋塞将样品与真空隔离，然后用惰性气体(如氮气或氩气)替代样品上的真空，然后可以塞住并移除。然后，可以向系统中添加新的收集容器，抽真空并通过旋塞连接回蒸馏系统，以收集第二馏分，依此类推，直到收集完所有馏分。

4.6 短程蒸馏

短程蒸馏是一种蒸馏技术，涉及馏出物短距离移动，通常只有几厘米，通常在减压下进行。^[31]一个经典的例子是蒸馏，涉及从一个玻璃泡到另一个玻璃泡的馏出物，而不需要冷凝器来分隔两个室。这种技术通常用于高温下不稳定的化合物或纯化少量化合物。其优点是加热温度(在减压下)可以比标准压力下液体的沸点低得多，馏出物在冷凝前只需移动很短的距离。短路径确保设备侧面损失很少的化合物。Kugelrohr 是一种短程蒸馏装置，通常包含多个收集馏分的室。

4.7 区域蒸馏

区域蒸馏是在长容器中的蒸馏过程，在流动的液体区域中精制物质部分熔化，在寒冷区域中冷凝物牵引时蒸汽在固相冷凝。这个过程在理论上是可行的。当区域加热器从容器的顶部移动到底部时，就会形成杂质分布不规则的固体冷凝物。那么冷凝物的大部分纯的部分可以作为产品被提取出来。这个过程可以通过将接收到的冷凝物移动(不翻转)到容器底部精炼物质的地方重复多次。冷凝液中不规则的杂质分布(即净化效率)随着工艺重复次数的增加而增加。 区域蒸馏是区域重结晶的蒸馏类似物。冷凝液中的杂质分布由已知的带重结晶方程描述，过程迭代次数不同——结晶的置换分布效率k取决于蒸馏的分离因子α。^[32][33][34]

4.8 其他类型

• 反应蒸馏的过程包括使用反应容器作为蒸馏器。在这个过程中，产物通常比反应物沸点低得多。当产物由反应物形成时，它被蒸发并从反应混合物中除去。这种技术是连续与间歇过程的一个例子；优点包括向反应容器中加入原料的停工时间更短，并且处理更少。“在反应物上”蒸馏可以归类为反应蒸馏。它通常用于从分离进料中去除挥发性杂质。例如，可以加入少量的石灰以从水中除去二氧化碳，随后进行第二次蒸馏，加入少量的硫酸以除去痕量的氨。
• 催化蒸馏是在蒸馏的同时催化反应物以从反应物中连续分离产物的过程。这种方法用于帮助平衡反应达到完成。
• 渗透蒸发是一种通过无孔部分蒸发来分离液体混合物的方法薄膜。
• 萃取蒸馏定义为在可混溶的、高沸点的、相对不挥发的组分溶剂存在下蒸馏，该溶剂形成no共沸混合物混合物中的其他成分。
• 闪蒸(或部分蒸发)是部分的蒸发当饱和液体流通过节流装置时，压力会降低阀门或者其他节流装置。这个过程是最简单的单元操作之一，相当于只有一个平衡阶段的蒸馏。
• 共蒸馏是对两种化合物不混溶的混合物进行的蒸馏。在实验室中，迪恩-斯塔克装置用于此目的，以从合成产物中除去水。Bleidner 是另一个具有两种回流溶剂的例子。
• 膜蒸馏是一种蒸馏，其中待分离混合物的蒸汽穿过膜，膜选择性地渗透混合物的一种组分。蒸汽压差是驱动力。它在海水淡化和去除有机和无机成分方面有潜在的应用。

蒸发的单元过程也可以称为“蒸馏”:

• 在旋转蒸发中，真空蒸馏装置用于从样品中除去大量的溶剂。通常真空由吸水机或隔膜泵产生。
• 在kugelrohr 中，通常使用短程蒸馏设备(通常与(高)真空结合)来蒸馏高沸点(> 300 c)化合物。该设备由放置待蒸馏化合物的烘箱、位于烘箱外部的接收部分和旋转样品的装置组成。真空通常由高真空泵产生。

其他用途:

• 干馏或者干馏尽管有这个名字，并不是真正的蒸馏，而是一种化学反应被称为高温分解其中固体物质在惰性或减低收集包含高沸点液体和热解产物的大气和任何挥发性馏分。对…的破坏性蒸馏木材给予甲醇是其通用名的根源–甲醇。
• 冷冻蒸馏是一种类似的纯化方法，使用冷冻代替蒸发。它不是真正的蒸馏，而是重结晶，其中产物是母液，并且不产生等同于蒸馏的产物。该工艺用于生产冰啤酒和冰酒，分别提高乙醇和糖的含量。它也用于生产苹果千斤顶。与蒸馏不同，冷冻蒸馏浓缩有毒同系物，而不是去除它们；因此，许多国家禁止将苹果杰克作为健康措施。然而，通过吸收4A 分子筛来还原甲醇是一种实用的生产方法。^[35]此外，通过蒸发蒸馏可以分离这些物质，因为它们具有不同的沸点。

溶液组分之间的相互作用产生了溶液特有的性质，因为大多数过程都需要非理想混合物，而拉乌尔定律不适用。这种相互作用会导致恒沸共沸混合物其表现就好像它是纯化合物(即在单一温度而不是一定范围内沸腾)。在共沸物中，溶液包含与蒸汽相同比例的给定组分，因此蒸发不会改变纯度，蒸馏也不会影响分离。例如，乙醇和水在78.1形成95.6%的共沸物 C.

如果共沸物被认为不够纯不能使用，存在一些打破共沸物以得到纯馏出物的技术。这组技术被称为共沸蒸馏。一些技术通过在共沸组合物上“跳跃”(通过添加另一种组分来产生新的共沸物，或者通过改变压力)来实现这一点。另一些则通过化学或物理方法去除或隔离杂质。例如，为了纯化超过95%的乙醇，干燥剂(或干燥剂，例如碳酸钾)可以被添加以将可溶性水转化成不溶性水结晶水。分子筛s也经常用于这个目的。

不混溶的液体，如水和甲苯，容易形成共沸物。通常，这些共沸物被称为低沸点共沸物，因为共沸物的沸点低于任何一种纯组分的沸点。共沸物的温度和组成很容易从纯组分的蒸汽压中预测出来，而不需要使用拉乌尔定律。共沸物在蒸馏装置中很容易被打破，方法是使用液-液分离器(滗析器)分离塔顶冷凝的两个液体层。两个液体层中只有一个回流到蒸馏装置。

还存在高沸点共沸物，例如20重量%的盐酸在水中的混合物。顾名思义，共沸混合物的沸点大于任何一种纯组分的沸点。

为了打破共沸蒸馏和跨越蒸馏边界，例如在DeRosier问题中，有必要增加馏出物中轻键的组成。

5.1 用单向压力操作打破共沸物

共沸混合物中各组分的沸点重叠形成带。通过将共沸混合物暴露在真空或正压下，可以利用各组分的不同蒸汽压曲线来使一种组分的沸点偏离另一种组分；这些曲线可能在恒沸点重叠，但在恒沸点两侧的压力轴上不太可能保持一致。当偏差足够大时，两个沸点不再重叠，因此共沸带消失。

这种方法可以消除向蒸馏中添加其他化学物质的需要，但它有两个潜在的缺点。

在负压下，需要真空源的能量，馏出物沸点的降低要求冷凝器运行得更冷，以防止馏出物蒸汽损失到真空源中。增加的冷却需求通常需要额外的能量和可能的新设备或更换冷却剂。

或者，如果需要正压，则不能使用标准玻璃器皿，必须使用能量进行加压，并且由于实现沸腾所需的温度较高，蒸馏中发生副反应(如分解)的可能性较高。

单向蒸馏依赖于一个方向的压力变化，无论是正的还是负的。

5.2 变压蒸馏

变压蒸馏本质上与用于打破共沸混合物的单向蒸馏相同，但在这里两者都是可以使用正压和负压。

这提高了蒸馏的选择性，并允许化学家通过避免浪费能量的极端压力和温度来优化蒸馏。这在商业应用中尤其重要。

变压蒸馏应用的一个例子是在从乙醇催化合成乙酸乙酯之后的工业纯化过程中。

大规模工业蒸馏应用包括间歇和连续分馏、真空、共沸、萃取和水蒸汽蒸馏。连续稳态分馏最广泛的工业应用是在炼油厂,石油化学产品和化学工厂s和天然煤气的处理法植物。

为了控制和优化这种工业蒸馏，建立了标准化的实验室方法ASTM D86。该试验方法扩展到石油产品的常压蒸馏，使用实验室间歇蒸馏装置定量测定石油产品的沸程特性。

工业蒸馏^[27][36]通常在大型垂直圆柱中进行，称为蒸馏塔或者蒸馏塔直径范围从大约65 厘米到16厘米 米和高度范围从大约6 米到90米 米或更长。当过程进料具有不同的组成时，如在蒸馏原油时，塔上间隔的液体出口允许不同的分数或者具有不同沸点或沸程的产品。“最轻”的产品(沸点最低的)从塔顶排出，“最重”的产品(沸点最高的)从塔底排出，通常称为臀部。

工业塔使用逆流以实现更完全的产品分离。回流是指来自蒸馏或分馏塔的冷凝塔顶液体产物返回到塔顶的部分，如典型的大型工业蒸馏塔的示意图所示。在塔内，向下流动的回流液体为向上流动的蒸汽提供冷却和冷凝，从而提高蒸馏塔的效率。给定数量的回流越多理论塔板塔对低沸点物质和高沸点物质的分离越好。或者，给定所需分离提供的回流越多，所需的理论塔板数越少。化学工程师对于在蒸馏塔中纯化的产品，s必须选择在经济上和物理上可行的回流速率和塔板数的组合。

这种工业分馏塔也用于低温 空分，生产液氧、液氮和高纯氩。氯硅烷的蒸馏还能够生产用作半导体的高纯度硅。

蒸馏塔的设计和操作取决于进料和所需产品。给定简单的二元组分进料，分析方法如麦凯布－蒂勒方法^[27][37]或者芬斯克方程^[27]可以使用。对于多组分进料，模拟模型用于设计和操作。此外，蒸馏塔中使用的气液接触装置(称为“板”或“塔盘”)的效率通常低于理论100%效率平衡阶段。因此，蒸馏塔需要的塔板数超过理论气液平衡级数。已经假设了各种模型来估计塔板效率。

在现代工业应用中，当需要降低整个塔的压降时，塔中使用填料代替塔盘。其他有利于填料的因素有:真空系统、较小直径的塔、腐蚀系统、易于发泡的系统、要求低持液量的系统和间歇蒸馏。相反，有利于板式塔的因素是:进料中固体的存在、高液体速率、大的塔直径、复杂的塔、进料组成变化大的塔、具有化学反应的塔、吸收塔、受地基重量容限限制的塔、低液体速率、大的关断比以及那些受到工艺波动影响的工艺。

这种填料可以是随机倾倒填料(1-3英寸宽)，如拉西环或结构化金属板。液体倾向于润湿填料表面，蒸汽穿过该润湿表面，在此发生传质。与传统的塔板蒸馏不同，在传统的塔板蒸馏中，每个塔板代表一个单独的气液平衡点，填料塔中的气液平衡曲线是连续的。然而，当模拟填料塔时，计算一些“理论级数”来表示填料塔相对于更传统塔板的分离效率是有用的。不同形状的填料具有不同的表面积和填料之间的空隙空间。这两个因素都会影响包装性能。

除了填料形状和表面积之外，影响随机或结构化填料性能的另一个因素是进入填料床的液体和蒸汽分布。使用特定的气液比计算进行给定分离所需的理论级数。如果液体和蒸汽在进入填充床时没有均匀地分布在表面塔区域，则填充床中的液体与蒸汽的比例将不正确，并且无法实现所需的分离。包装似乎不能正常工作。相当于理论板块的高度 (HETP)将大于预期。问题不在于填料本身，而是进入填料床的流体分布不均。液体分布不均比蒸汽更常见。用于将进料和回流引入填充床的液体分配器的设计对于使填料发挥最大效率至关重要。评估液体分配器均匀分配进入填充床的液体的有效性的方法可以在参考文献中找到。^[39][40]分馏研究公司(通常称为FRI)在这个问题上已经做了大量的工作。^[41]

6.1 多效蒸馏

多效蒸馏的目标是提高过程的能效，用于脱盐，或者在某些情况下用于生产超纯水的一个阶段。影响的数量与千瓦小时/米成反比³指的是与单效蒸馏相比，每能源计量单位回收的水量。一个影响大约是636 千瓦小时/米³。

• 如本文所述，多级闪蒸可以通过热能输入实现20多种效果。
• 蒸汽压缩蒸发–根据制造商的说法，商业大型装置可以通过电能输入实现大约72种效果。

还有许多其他类型的多效蒸馏过程，包括简单地称为多效蒸馏(MED)的过程，其中使用带有中间热交换器的多个室。

7.1 蒸馏饮料

碳水化合物-允许含有植物材料发酵，在此过程中产生乙醇的稀溶液。精神，如威士忌酒和古怪的是通过蒸馏这些稀乙醇溶液制备的。除乙醇之外的组分，包括水、酯和其他醇，被收集在冷凝物中，这说明了饮料的风味。然后，这些饮料中的一些被储存在桶或其他容器中，以获得更多的风味化合物和特征风味。