前已述及，平衡蒸馏和简单蒸馏为单级分离过程，即仅对液体混合物进行一次部分汽化和冷凝，故只能对液体混合物进行初步地分离。若使液体混合物得到几乎完全的分离，必须进行多次部分汽化和冷凝，该过程即所谓的精馏。
一、精馏过程原理
1. 多次部分汽化和冷凝
【图片1-9】 多次部分汽化和冷凝。
精馏过程原理可用tx –y 图来说明。如图片1-9所示，将组成为
、温度为
的某混合液加热至泡点以上，则该混合物被部分汽化，产生汽液两相，其组成分别为y 1和x 1，此时
。将汽液两相分离，并将组成为y 1的汽相混合物进行部分冷凝，则可得到组成为y 2的汽相和组成为x 2的液相。继续将组成为y 2的汽相进行部分冷凝，又可得到组成为y 3的汽相和组成为x 3的液相，显然y 3> y2> y1。如此进行下去，最终的汽相经全部冷凝后，即可获得高纯度的易挥发组分产品。同时，将组成为
部分汽化，则可得到组成为
分汽化，又可得到组成为
的汽相和组成为
的汽相和组成为
的液相进行的液相部。如此进行的液相，继续将组成为
的液相，显然
下去，最终的液相即为高纯度的难挥发组分产品。
由此可见，液体混合物经多次部分汽化和冷凝后，便可得到几乎完全的分离，这就是精馏过程的基本原理。
2. 精馏塔模型
上述的多次部分汽化和冷凝过程是在精馏塔内进行的，图片1-10所示为精馏塔的模型图。在精馏塔内通常装有一些塔板或一定高度的填料，前者称为板式塔，后者则称为填料塔。现以板式塔为例，说明在塔内进行的精馏过程。、
【图片1-10】精馏塔模型
【播放动画1-2】塔板上的操作状况
【图片1-11】 塔板上的操作情况
图片1-11所示为精馏塔中任意第n 层塔板上的操作情况。在塔板上，设置升气道（筛孔、泡罩或浮阀等），由下层塔板（n +1板）上升蒸汽通过第n 板的升气道；而上层塔板（n -1板）上的液体通过降液管下降到第n 板上，在该板上横向流动而流入下一层板。蒸汽鼓泡穿过液层，与液相进行热量和质量的交换。
设进入第n 板的汽相组成和温度分别为
，
且
大于
，
大于与
呈平衡的液相组成
。由于存在温度差和浓度和
，液相组成和温度分别为
和
差，汽相发生部分冷凝，因难挥发组分更易冷凝，故汽相中部分难挥发组分冷凝后进入液相；同时液相发生部分汽化，因易挥发组分更易汽化，故液相中部分易挥发组分汽化后进入汽相。其结果是离开第n 板的汽相中易挥发组分的组成较进入该板时增高，即
，而离开该板的
液相中易挥发组分的组成较进入该板时降低，即
。由此可见，汽体通过一层塔板，即进行了一次部分汽化和冷凝过程。当它们经过多层塔板后，则进行了多次部分汽化和冷凝过程，最后在塔顶汽相中获得较纯的易挥发组分，在塔底液相中获得较纯的难挥发组分，从而实现了液体混合物的分离。
应予指出，在每层塔板上所进行的热量交换和质量交换是密切相关的，汽液两相温度差越大，则所交换的质量越多。汽液两相在塔板上接触后，汽相温度降低，液相温度升高，液相部分汽化所需要的潜热恰好等于汽相部分冷凝所放出的潜热，故每层塔板上不需设置加热器和冷凝器。
还应指出，塔板是汽液两相进行传热与传质的场所，每层塔板上必须有汽相和液相的流过。为实现上述操作，必须从塔顶引入下降液流（即回流液）和从塔底产生上升蒸汽流，以建立汽液两相体系。因此，塔顶液体回流和塔底上升蒸汽流是精馏过程连续进行的必要条件。回流是精馏与普通蒸馏的本质区别。
前已述及，平衡蒸馏和简单蒸馏为单级分离过程，即仅对液体混合物进行一次部分汽化和冷凝，故只能对液体混合物进行初步地分离。若使液体混合物得到几乎完全的分离，必须进行多次部分汽化和冷凝，该过程即所谓的精馏。
一、精馏过程原理
1. 多次部分汽化和冷凝
【图片1-9】 多次部分汽化和冷凝。
精馏过程原理可用tx –y 图来说明。如图片1-9所示，将组成为
、温度为
的某混合液加热至泡点以上，则该混合物被部分汽化，产生汽液两相，其组成分别为y 1和x 1，此时
。将汽液两相分离，并将组成为y 1的汽相混合物进行部分冷凝，则可得到组成为y 2的汽相和组成为x 2的液相。继续将组成为y 2的汽相进行部分冷凝，又可得到组成为y 3的汽相和组成为x 3的液相，显然y 3> y2> y1。如此进行下去，最终的汽相经全部冷凝后，即可获得高纯度的易挥发组分产品。同时，将组成为
部分汽化，则可得到组成为
分汽化，又可得到组成为
的汽相和组成为
的汽相和组成为
的液相进行的液相部。如此进行的液相，继续将组成为
的液相，显然
下去，最终的液相即为高纯度的难挥发组分产品。
由此可见，液体混合物经多次部分汽化和冷凝后，便可得到几乎完全的分离，这就是精馏过程的基本原理。
2. 精馏塔模型
上述的多次部分汽化和冷凝过程是在精馏塔内进行的，图片1-10所示为精馏塔的模型图。在精馏塔内通常装有一些塔板或一定高度的填料，前者称为板式塔，后者则称为填料塔。现以板式塔为例，说明在塔内进行的精馏过程。、
【图片1-10】精馏塔模型
【播放动画1-2】塔板上的操作状况
【图片1-11】 塔板上的操作情况
图片1-11所示为精馏塔中任意第n 层塔板上的操作情况。在塔板上，设置升气道（筛孔、泡罩或浮阀等），由下层塔板（n +1板）上升蒸汽通过第n 板的升气道；而上层塔板（n -1板）上的液体通过降液管下降到第n 板上，在该板上横向流动而流入下一层板。蒸汽鼓泡穿过液层，与液相进行热量和质量的交换。
设进入第n 板的汽相组成和温度分别为
，
且
大于
，
大于与
呈平衡的液相组成
。由于存在温度差和浓度和
，液相组成和温度分别为
和
差，汽相发生部分冷凝，因难挥发组分更易冷凝，故汽相中部分难挥发组分冷凝后进入液相；同时液相发生部分汽化，因易挥发组分更易汽化，故液相中部分易挥发组分汽化后进入汽相。其结果是离开第n 板的汽相中易挥发组分的组成较进入该板时增高，即
，而离开该板的
液相中易挥发组分的组成较进入该板时降低，即
。由此可见，汽体通过一层塔板，即进行了一次部分汽化和冷凝过程。当它们经过多层塔板后，则进行了多次部分汽化和冷凝过程，最后在塔顶汽相中获得较纯的易挥发组分，在塔底液相中获得较纯的难挥发组分，从而实现了液体混合物的分离。
应予指出，在每层塔板上所进行的热量交换和质量交换是密切相关的，汽液两相温度差越大，则所交换的质量越多。汽液两相在塔板上接触后，汽相温度降低，液相温度升高，液相部分汽化所需要的潜热恰好等于汽相部分冷凝所放出的潜热，故每层塔板上不需设置加热器和冷凝器。
还应指出，塔板是汽液两相进行传热与传质的场所，每层塔板上必须有汽相和液相的流过。为实现上述操作，必须从塔顶引入下降液流（即回流液）和从塔底产生上升蒸汽流，以建立汽液两相体系。因此，塔顶液体回流和塔底上升蒸汽流是精馏过程连续进行的必要条件。回流是精馏与普通蒸馏的本质区别。